Many of the world's large ecosystems are severely stressed due to population growth, water quality and quantity problems, vulnerability to flood and drought, and the loss of native species and cultural resources. Consequences of climate change further increase uncertainties about the future. These major societal challenges must be addressed through innovations in governance, policy, and ways of implementing management strategies. Science and engineering play a critical role in helping define possible alternative futures that could be achieved and the possible consequences to economic development, quality of life, and sustainability of ecosystem services. Science has advanced rapidly during the past decade with the emergence of science communities coalescing around 'Grand Challenges' and the maturation of how these communities function has resulted in large interdisciplinary research networks. An example is the River Experiment Center of KICT that engages researchers from throughout Korea and the world. This trend has been complemented by major advances in sensor technologies and data synthesis to accelerate knowledge discovery. These factors combine to allow scientific debate to occur in a more open and transparent manner. The availability of information and improved communication of scientific and engineering issues is raising the level of dialogue at the science-policy interface. However, severe challenges persist since scientific discovery does not occur on the same timeframe as management actions, policy decisions or at the pace sometimes expected by elected officials. Common challenges include the need to make decisions in the face of considerable uncertainty, ensuring research results are actionable and preventing science being used by special interests to delay or obsfucate decisions. These challenges are explored in the context of examples from the United States, including the California Bay-Delta system. California transfers water from the wetter northern part of the state to the drier southern part of the state through the Central Valley Project since 1940 and this was supplemented by the State Water Project in 1973. The scale of these activities is remarkable: approximately two thirds of the population of Californians rely on water from the Delta, these waters also irrigate up to 45% of the fruits & vegetables produced in the US, and about 80% of California's commercial fishery species live in or migrate through the Bay-Delta. This Delta region is a global hotspot for biodiversity that provides habitat for over 700 species, but is also a hotspot for the loss of biodiversity with more than 25 species currently listed by the Endangered Species Act. Understanding the decline of the fragile ecosystem of the Bay-Delta system and the potential consequences to economic growth if water transfers are reduced for the environment, the California State Legislature passed landmark legislation in 2009 (CA Water Code SS 85054) that established "Coequal goals of providing a more reliable water supply for California and protecting, restoring, and enhancing the Delta ecosystem". The legislation also stated that "The coequal goals shall be achieved in a manner that protects and enhances the unique cultural, recreational, natural resource, and agricultural values of the Delta as an evolving place." The challenges of integrating policy, management and scientific research will be described through this and other international examples.

내외수 연계 도시 침수저감 능력향상 기술 연구단(내외수 연구단)에서는 내수침수로 인한 인명 및 재산피해를 최소화하고 내외수 연계 도시 침수저감 능력향상 기술 연구를 통한 도시 내배수 시스템 선진화를 이루어 홍수재해로부터 안전한 도시 구축을 달성하는데 주 목표을 두고 있다. 본 연구에서는 주 목표 달성을 위해 시범적으로 도림천 유역의 대림분구를 중심으로 2010년 9월 21일 호우사상에 대해 Case Study를 실시하였다. 먼저, Case 1은 홍수예보 시 활용될 모형의 정밀도를 검증하고자 실제 빗물펌프장의 운영을 포함한 모형을 구축 후 침수흔적도와 침수분포에 대한 비교를 실시하였다. Case 2는 Case 1에 펌프장의 펌프토출 효율 등과 같은 구조적인 방안을 적용, Case 3은 Case 1에 최적 펌프장 운영방안 등과 같은 비구조적인 방안을 적용, 마지막 Case 4는 구조적 방안과 비구조적 방안을 연계한 방안으로, 총 Case 1~에 대한 침수저감 능력평가를 실시하였다. 이는 향후 내외수 연구단의 성과를 실무에 적용으로써 침수피해 저감에 크게 기여할 것으로 판단된다.

기후변화로 태풍, 집중호우 등의 발생빈도가 높아져 도시지역에서 홍수범람으로 인한 인명피해와 재산상의 손실이 반복되고 있으며, 이로 인한 사회기반시설에 대한 피해가 급증하고 있다. 따라서 이를 효과적으로 방어할 수 있는 구조적, 비구조적 내배수 홍수방어 대책의 수립이 시급한 실정이다. 도시유역에서의 침수피해는 내부배제 불량에 따른 내수침수가 대부분을 차지하고 있으며 효과적인 내수침수예측 및 홍수피해 저감을 위한 방재시스템 구축을 위해서는 내외수를 연계한 침수 예측 선진화 기술개발이 필요하다. 따라서 본 섹션에서는 레이더 및 위성 정보를 활용한 초단기 또는 단기 강우예측 기술개발, 하수관망 단순화 자동화 기술 개발, 베이지안 모형과 연계한 SWMM모형의 매개변수최적화, 내수침수 대응을 위한 동적의사결정 모형 등의 핵심기술을 통합한 내외수를 연계한 도시홍수예보시스템 개발내용과 실강우사상에 대한 적용성 검토 결과를 소개하고자 한다. 본 연구의 성과는 실시간 또는 예측강우분석을 통하여 돌발홍수로 인한 내수침수피해에 대한 골들타임을 확보하고 대피지구 선정 및 주민의 대피이동 정보제공 등 도시홍수로부터 발생하는 피해에 대한 최적화된 선제적 대응체계 구축에 활용도가 높을 것으로 기대된다.

기후변화에 따른 강우패턴의 변화로 인하여 도시홍수에 의한 인명 및 재산피해가 증가하여 대응 방안의 마련이 필요한 상황이다. 도시홍수 피해원인을 조사한 기존의 연구결과(심우배, 2008)를 살펴보면, 도시유역에서의 침수피해는 배수능력부족, 하수관거 용량부족 등의 치수시설물의 성능부족이 주원인으로 나타나고 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 시설물의 설계기술을 향상시켜 치수능력의 증대를 기대할 수 있는 연구성과가 필요하다. 본 연구에서는 내수배제시설의 성능강화를 위하여 내수배제시설 계획수립 기준, 내수배제시설의 성능개선을 위한 정량적 설계지침 개발, 배수시스템의 개선 기법 개발을 수행하였다. 내수배제시설의 계획수립 및 기준 개발을 위하여 침수위험지역 특성에 따른 내배수시설 도입 기준과 내배수시설 설치에 침수위험 저감 효과 분석기법 및 내배수시설 최적 조합을 통한 내수배제능력 평가기법을 개발하였다. 내수배제시설의 성능개선을 위해서는 빗물펌프장 성능 평가 기법과 유입 유출부 및 흡수조 개선 기술, 유출부 주변 부속시설 안정성 향상 기술 개발을 주요 연구내용으로 설정하였다. 마지막으로, 배수시스템의 개선 기법 개발을 위해서는 도시하천 설계빈도 상향에 따른 우수관거 구조개선 기술을 개발하고, 우수관거 시스템 저류능력 평가 기술 및 우수관거 연계 저류시스템 설계 기술개발을 수행하였다. 본 연구에서는 내수배제시설에 대한 정량적 설계기법을 개발하여 도시침수에 대한 구조적인 대응방안을 수립하였다. 시설물 계획단계에서 고려하여야하는 문제점을 연구내용에 반영하여 내수배제시설 설계실무에 실용적으로 적용할 수 있는 성과를 도출하였다. 향후 내수배제시설 설계실무자의 의견을 반영하여 연구성과를 고도화한다면 실무에 적용가능한 성과가 도출될 것으로 기대된다.

기후변화에 따른 수환경의 변화로 도시홍수로 인한 인명 및 재산피해가 증가하여 도시홍수에 대한 중요성이 급격히 부각되는 상황이지만 국내에서는 도시 내배수 시스템의 선진화기술 구축 및 그와 관련된 연구는 미흡한 실정일 뿐만 아니라 효과적인 침수 저감도 어려운 실정이다. 도시지역에서의 내수침수를 효과적으로 방어할 수 있는 구조적, 비구조적 홍수방어 대책의 수립이 시급한 실정이다. 현재 기존의 도시침수 저감 대책들은 유하시설의 용량 증설 및 통수능 확보를 초점으로 하는 구조적인 대책에 머물러 있으며, 유하시설 위주의 대책은 하류에서의 더 큰 홍수를 발생시킬 위험이 있다. 기존 내배수시설의 전체적인 확장은 막대한 예산과 시간을 필요로 할 뿐만 아니라 지구온난화로 인한 이상기후 및 국지성 집중호우에 완벽하게 대응하기 곤란하므로 구조적인 대책과 더불어 집중호우에 대비할 수 있도록 각 시설물의 기능 및 경제성을 최대로 하며 방재성능을 향상시킬 수 있는 비구조적인 대책이 동시에 수립되어야 한다. 본 연구에서는 비구조적인 대책 중 하나로 빗물펌프장 및 빗물저류조의 연계운영에 초점을 맞추었다. 모니터링 지점을 선정하여 빗물저류조의 추가저류공간을 확보하는 운영을 실시하고 빗물 펌프장 유수지의 수위를 낮추어 내수침수를 저감시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 기존의 운영과 본 연구에서 제안한 연계운영을 비교하고 효과를 분석하였다.

최근 전 지구적인 기후 변화에 따라 수문 순환을 이루고 있는 다양한 수문 기상 인자들의 변동성에 영향을 미치고 있다. 특히, 증발산은 수문순환을 구성하는 중요한 인자로서 대기와 지표간의 상호 작용을 파악하기 위해서는 이에 대한 정확한 이해 및 산정이 필수적이다. 일반적으로 증발산량을 산정하기 위해서 증발 접시 및 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 지점 자료만을 이용하여 증발산량의 변동성을 파악하는 연구들이 수행되어왔다. 그러나 지점 자료만을 이용하여 증발산량을 산출하게 되면 공간적인 변동성을 파악하는데 있어서 한계점이 발생하게 된다. 이러한 제약 사항을 해결하기 위해서, 인공위성 기반의 수문 기상인자를 물리식 기반 증발산량 산정식의 입력 자료로 구축하여 증발산량을 산정하고 이에 대한 시 간적인 변동성을 파악하는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 인공위성 기반 증발산량 산정 알고리즘의 대표적인 예로 공기동역학적 항과 에너지 수지 항들을 동시에 고려할 수 있는 Penman-Monteith 방법을 근간으로 수정하여 만들어낸 Remote Sensing based Penman-Monteith (RS-PM) 알고리즘이 있다. 그러나 RS-PM 기반의 증발산량 경우 태양복사열, 풍속, 온도, 습도와 같은 많은 수문기상인자들이 입력 자료를 요구한다. 이에 따라, 본 연구에서는 기존의 방법에 비해 상대적으로 적은 입력 자료를 사용하는 Modified Satellite-Based Priestley-Taylor (MS-PT) algorithm의 적용성을 평가하기 위해 MODerate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 자료를 이용하여 한반도에서 순복사에너지 (Net radiation) 및 실제 증발산량 (Actual evapotranspiration)을 산정하였다. 또한, 이에 대한 검증을 위해 청미천 유역에 설치되어있는 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 순복사 에너지 및 실제 증발산량에 대한 통계적 검증을 실시하였다.

인도네시아 산불에 의한 연무는 동남아시아 인접한 국가들에 있어서 심각한 환경문제 중 하나이다. 국제적으로 심각한 문제를 야기하는 인도네시아의 산불은 건조기에 강수량이 적게 내리는 극심한 가뭄 조건에서 발생한다. 건조기 강수량을 모니터링 하는 것은 산불 발생 가능성을 예측하기 위해 중요하지만 산불을 사전에 예방하고 영향을 최소화하기에는 부족하다. 따라서 산불에 대한 선제적 사전예방을 위해서는 수개월의 선행예측 기간을 갖는 조기경보 시스템이 절실하다. 따라서 본 연구는 인도네시아 산불에 대한 선제적 대응을 위한 강수량 예측시스템을 개발하고 예측성을 평가하여 동남아시아 지역의 화재 연무 조기경보 시스템의 시제품(Prototype)을 개발하는데 있다. 강수량 예측을 위해서 APEC 기후센터의 계절예측정보의 활용 정도에 따라서 4가지 서로 다른 방법을 통합하여 사용하였다. 예측정보 기반의 방법들로는 대상지역의 강수량 예측을 위해서 대상 지역 상공의 계절예측 강수자료를 보정을 통해 직접적으로 사용하는 SBC (Simple Bias Correction) 방법과 대상 지역 상공의 강수 예측자료를 사용하는 대신에 지역 강수량과 높은 상관 관계를 보이는 다른 지역의 대리변수를 예측인자로 사용하는 MWR (Moving Window Regression) 방법이 있다. 또한 예측자료의 사용 없이 과거자료 기반의 기후지수(Climate Index) 중에서 지체시간을 고려하여 지역 강수량과 높은 상관관계를 갖는 경우 예측에 활용하는 관측자료 기반의 CIR (Climate Index Regression) 방법과 예측기반 MWR과 관측기반의 CIR 방법에서 선정된 예측인자를 동시에 활용하는 ITR (Integrated Time Regression) 방법이 사용되었다. 장기 강수량 예측은 보르네오 섬의 4개 지역에서 3개월 이하의 선행예측기간에 대하여 0.5 이상의 TCC (Temporal Correlation Coefficient)의 값을 보여 양호한 예측성능을 보였다. 예측된 강수량 자료는 위성기반 관측 강수량 및 관측 탄소 배출량 관계에서 결정된 강수량의 임계값과의 비교를 통해 산불발생 가능성으로 환산하였다. 개발된 조기경보 시스템은 산불 발생에 가장 취약한 해당지역의 건조기(8월~10월) 강수량을 4월부터 예측해 산불 연무에 대한 조기경보를 수행한다. 개발된 화재 연무조기경보 시스템은 지속적인 개선을 통해 현장 실효성을 높여 동남아국가 정부의 화재 및 산림관리자들에게 보급함으로써 동남아의 화재 연무로 인한 환경문제 해결에 기여할 수 있으리라 판단된다.

최근 기상상태의 불안정으로 인하여 위험기상이 빈번히 발생하고 있다. 우리나라는 지리적으로 단시간에 매우 높은 강우강도를 유발하는 강우사상이 빈번하게 발생하여 홍수사상이 유발되기 쉽다. 기후변동으로 인하여 지난 30년 동안 극한강우의 발생 빈도는 점차 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 과거부터 현재까지의 강우패턴을 입력 자료로 사용하여 극단적으로 변화하는 강우사상에 대하여 면밀한 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 극치강우사상을 분석하는데 있어 서로 다른 절점기준을 사용하였다. 첫째, 6시간 누적 강우량이 70mm를 초과하는 경우이며 두 번째는 1시간 누적 강우량이 30mm를 초과하는 경우로 구분하였다. 강우빈도 해석을 수행함에 있어 확률분포형의 매개변수의 불확실성을 보다 정량적으로 산정할 수 있는 Bayesian 기법을 적용하였으며, 또한 각각의 절점기준에 따라서 분류된 강우사상 발생시 종관기후학적 분석을 수행하였다. 이를 위해 미국 대기해양청 재해석자료를 활용하였다. 연구결과 산악지역의 극치강우 발생 증가를 확인하였으며, 동중국해 지역의 저기압 특성과 북태평양 고기압 특성이 우리나라 극치강우현상에 주로 영향을 미치는 것을 확인하였다.

많은 연구들에서 단변량 수문 변량들에 대한 불확실성 분석이 이루어지고 있지만, 다변량에 대한 불확실성에 관한 연구는 아직까지 정확하게 이루어지고 있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 갈수기(12월~4월)의 강수, 온도와 남방진동(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)과 같은 수문기상학적 변량들 사이의 시간에 따른 변동 구조를 조사하고, 식별된 패턴을 이용한 강우와 온도의 예측 향상 가능성을 살펴보았다. 수문기상학적 변수간의 시변성 구조를 이해하기 위해서 각각의 단변량 매개변수와 시간에 따라 변화하는 Copula 매개변수를 동시에 추정할 수 있는 Copula 함수 기반의 새로운 다변량 비정상성 모델을 개발하고자 한다. 강우와 온도의 비정상정 단변량 분포를 생성하기 위해 ENSO 지표 또는 시계열 예측인자와 함께 시변성 모델을 적용할 수 있다. 최종적으로, 확인된 시간 변동적인 구조와 연관된 종관 패턴을 나타내고 논의하고자 한다.

육상의 증발산량(evapotranspiration, ET)은 대기 중 수증기의 상변화를 통해 대기와 지표 사이의 물과 에너지 순환에 영향을 미치며, 강수량, 유출량과 함께 수자원에 영향을 미치는 주요 인자이다. 강수량과 유출량은 직접 관측이 가능한 반면, 증발산량은 숨어있는 잠열로서 관측하기 어렵다. 플럭스 타워나 라이지메타(Lysimeter) 등을 이용하여 증발산량을 직접 관측하고 있으나 이들 지상관측은 일부 지점(point)에서 제한적으로 이루어지고 있으며, 관측 지점의 수를 확대하게되면 관측 기기의 유지 보수 등의 많은 시간과 비용이 든다는 한계가 있다. 이러한 지상관측의 한계를 극복하고 넓은 영역의 증발산량 변화를 관측하기 위해 위성을 이용한 증발산량을 추정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 기상청 국가기상위성센터(National Meteorological Satellite Center, NMSC)에서는 우리나라 최초의 정지 기상 위성인 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 자료를 지표 에너지 수지식(Surface Energy Budget Equation)에 적용하여 동아시아 지역의 지면과 식생 특성을 반영한 '일(daily) 증발산량 산출 알고리즘'을 개발하였다. 현열을 계산하기 위해 다양한 입력 변수가 사용되어지고 계산 과정이 복잡하기 때문에, 본 연구에서는 '반 경험적인 계수인 B 계수 모델'을 사용하여 현열 산출 기법을 단순화하였다. 본 알고리즘을 이용하여 2011년 4월부터 현재까지 동아시아(위도 $20{\sim}50^{\circ}N$, 경도 $100{\sim}145^{\circ}E$)의 해상도 1km의 일 증발산량을 산출하였고, 위성 증발산량의 검증을 위해 지면 특성이 다른 청미천(농경지), 설마천(혼효림) 지역의 플럭스 타워 증발산량 자료(유량조사사업단 제공)와 비교 분석하였다. 2011년 4월부터 2014년 12월까지 청미천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 665개 자료에 대하여 RMSE는 2.82 mm/day, Bias는 2.56 mm/day의 결과를 보였다. 동일한 기간에 대하여 설마천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 582개 자료에 대하여 RMSE는 1.92 mm/day, Bias는 1.45 mm/day의 결과를 보였다. 기상청 국가기상위성센터의 위성증발산량이 봄과 가을철에 다소 높게 산출되는 경향이 있었으나, 증발산량의 변화경향은 유사하게 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 동아시아 지역 위성 증발산량 변화를 감시하고 있으며 향후, 수문 및 기후 분야에서 가뭄 모니터링 등의 연구에도 활용할 수 있을 것이다.

In South Korea, annual maximum precipitation often occurs in association with mature typhoons in the western Pacific and from summer monsoon rains. In addition, certain years have no significant typhoon activity. Therefore, the characteristics of frequency distributions differ between extreme typhoons and monsoon events. Those extremes are also influenced from climate conditions in a different way. Application of nonstationary frequency analysis to the AMP data combined with typhoon and monsoon events might not always be reasonable. Therefore, we propose a novel approach of nonstationary frequency analysis to integrate extreme events of AMP induced from two main sources such as typhoons and monsoon in the current study. In this way, we were able to model the nonstationarity of extreme events from tropical storms and monsoon separately.

실무에서 많이 사용되고 있는 면적강우량 산정방법은 관측소간 위치관계를 이용한 기법으로 본 연구에서는 실측자료를 기반으로 한 면적강우량 산정기법 개발을 위한 연구를 진행하였다. 강우공간분포의 실측자료인 기상레이더 자료를 이용하여 지점관측소가 위치한 곳에서의 강우강도와 주변지역의 강우강도를 검토하였고 지점관측소 위치에서 계측된 강우강도와 일정한 차이 범위 안에 있는 유사한 강우강도가 발생했던 빈도를 기준으로 관측소의 지배범위를 결정하는 방법인 '레이더 폴리곤 기법(Radar polygon Method, PRM)'을 제시하였으며, 이를 안성천 유역에 적용하여 유역 크기 및 관측소 배치에 따른 영향을 검토하였다. 본 연구는 관측기간 및 정확도의 문제로 인하여 제한적으로 활용되어 온 레이더 강우관측자료의 새로운 활용분야를 개척하였다는 점에서 큰 의미를 찾을 수 있다.

이중편파 레이더는 수평 수직반사도($Z_H{\cdot}Z_V$), 차등반사도($Z_{DR}$), 교차상관계수(${\rho}_{HV}$), 차등위상차(${\Phi}_{DP}$) 등 다양한 변수 산출을 통하여 대기 수상체 구분, 우적분포에 영향이 적은 강우량 추정, 밝은 띠(BB, Bright Band)의 탐지 등이 가능하게 됨으로써 수문기상 및 재해관리 분야에 활용성이 점점 더 커지고 있다. 본 연구는 RHI, PPI에서 생산된 레이더 변수를 이용하여 BB를 탐지하고 그 특성을 평가하였다. BB는 레이더를 이용하여 상층대기를 관측할 때 수직단면에서 강수입자가 눈에서 비로 변하는 구간에서 과대하게 높은 반사도가 나타나는 층을 말한다. BB에서는 QPE가 과대 추정되기 때문에, BB의 특성 파악은 레이더의 관측전략 수립과 QPE 보정에 필수적이다. 본 연구에서는 RHI에 의한 $Z_H$의 연직단면분석, RHI와 PPI의 고도각 경사거리(slant range) 빔의 ${\rho}_{HV}$, $Z_{DR}$, $Z_H$에 의한 분석을 통하여 BB의 상단부($BB_{TOP}$), 최정점($BB_{PEAK}$) 및 하단부($BB_{BOTTOM}$)의 고도를 상호 비교 평가하였다. 분석 자료는 KICT X-밴드 레이더에 의한 관측한 2015년 10월 21일의 층상운에 의한 강우를 이용하였다. RHI에 의한 $Z_H$의 연직단면 분석결과 $BB_{top}$, $BB_{bottom}$ 및 $BB_{peak}$는 KICT 레이더 고도(MSL : 40m)를 기준으로 각각 3.26Km, 2.3Km($BB_{width}$: 0.96km) 및 2.7Km로 나타났다. 이 같은 결과는 다른 2가지 분석방법에서도 유사하게 나타나고 있으며, 이는 BB분석을 위해 다양한 변수를 통한 신뢰성 있는 BB의 특성을 파악할 수 있는 기반을 제공한다.

최근 지구온난화의 영향으로 수 십분 만에 위험상황에 도달하는 돌발성 도시 집중호우가 빈발하고 이로 인한 피해가 급증하면서 기존 지상우량계 및 대형레이더 기반 도시홍수 관측체계에 대한 보완이 필요하게 되었다. 빠르고 정확한 도시홍수의 예측 및 예보를 위해서는 대형레이더 관측범위 이하의 빠른 저고도 관측이 필수이다. 이의 일환으로 우리나라에서도 소형 이중편파 X밴드 레이더를 도입하기 시작하였고 활용에 대한 연구가 시작단계에 있다. 일반적으로 소형레이더의 경우 빠른 운용이 가능하고 집중호우 관측과 같은 특정 목적에서 운영하기 때문에 도시 돌발홍수 예보를 위한 충분한 시간해상도의 자료 생산이 가능하다. 그러나 소형레이더를 이용하여 관측하더라도 고층 아파트나 빌딩이 밀집되어 있는 우리나라 도심 환경에서 관측반경내 전반에 대한 1km 이하 저고도 관측은 물리적으로 매우 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 한국건설기술연구원의 X밴드 이중편파 레이더로 관측된 다수의 연직 관측자료를 활용하여 호우의 연직 분포를 3차원으로 재생성한 후 이의 평균 단면 추세를 이용하여 관측고도 이하의 관측치를 추정하는 기법을 개발하였다. 기법의 적합성 평가를 위해 2013년, 2014년 주요 호우 사상에 대해 적용하였고, 검토결과 본 방법을 적용한 경우의 QPE가 기존 관측고도각을 이용한 QPE에 비해 정확도가 향상되는 것으로 나타났다.

오늘날, 보다 정밀한 대기기상 분석과 정확한 기상 예측을 위해 보편적으로 기상레이더를 활용하고 있다. 지표면과 가까운 저층에서 주로 발생하는 국지성 호우 및 돌발기상에 대한 대응을 위해서는 기상레이더 역시 저층 관측이 수반되어야 한다. 하지만, 국토 대부분이 산악지형으로 이루어진 우리나라에서는 산악지형에 의한 지형클러터와 빔 차폐의 영향을 피하여 원만한 기상관측을 위해 대부분의 기상레이더가 고지대에 설치, 운영되고 있다. 그럼에도 불구하고 낮은 고도각의 레이더 관측 자료에서는 여전히 지형 클러터 및 차폐에 따른 영향으로 인해 자료 품질의 신뢰성이 떨어질 수 밖에 없다. 현재 클러터나 차폐가 발생한 영역에 대해 상위 고도각의 자료를 이용하는 등의 방법으로 보정을 수행하고 있지만 각 고도각 관측 자료들의 시간적 차이가 발생함에 따라 부정확성이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 차폐 영역 보정에 대한 처리를 위해 단일 관측자료 만을 이용하는 방법을 적용함으로서 시간적 불일치성에 대한 문제를 해결하고, 초단기 강수예측을 위한 강수에코의 정확한 추적을 위해 레이더 영상에 적응적인 차폐, 클러터 보정 기법을 제안한다. 제안 기법은 강수에코의 형태학적 구조에 기반한 차폐보정을 위해 영상 처리 기법의 한 종류인 모폴로지 기법을 적용함으로써 강수에코의 모양, 크기, 및 구조에 따라 침식 및 팽창 과정을 수행하여 클러터나 차폐로 인해 소실된 강수에코 영역을 보정한다. 실험결과 레이더 강수추정의 정확성 향상을 꾀할 수 있었으며, 강수 추적을 위한 강수에코의 형태학적 복원이 가능함을 확인하였다. 이로부터, 향후 저층관측 레이더 자료의 활용성 증대와 에코 형태에 기반한 강수 추적 알고리즘 개발 및 성능 향상에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

본 연구는 레이더를 이용한 강우 추정 시 과소 추정하는 문제를 해결하기 위해 기상청에서 실시간으로 생산하고 있는 레이더 반사도를 AWS로 보정한 RAR (RADAR-AWS Rain rate) 자료의 수문 분석을 통한 적용성을 평가하는데 그 목적이 있다. 대상유역을 한탄강홍수조절댐 유역으로 선정하고 9개 소유역에 대한 시간 단위 지상 관측 자료와 RAR 자료의 유역평균 강우량을 산정 및 비교하였다. 분석 결과 미계측 유역이 80%가 넘는 1번 소유역에서 지상 관측 자료와 RAR 자료의 유역평균 강우량은 상관성이 낮게 분석되었다. 두 자료의 유역평균 강우량을 이용하여 2012년부터 2015년까지 홍수기간에 대한 저수지 모의 유입량과 관측 유입량을 비교한 결과 RAR 자료의 모의 유입량이 관측 유입량과 높은 상관성 및 정확도를 나타내었다. RAR 자료는 기존 레이더 강우의 과소 추정 문제를 보완할 수 있으며, 지상 관측이 어려운 지역에서 강우자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

인천 영종도는 물부족 위험평가 분석을 위해 Smart Water Grid연구단에서 선정한 데모플랜트로섬으로 고립된 지역이다. 영종도는 공촌정수장으로부터 상수도를 공급받고 있으며 관로 파손 등의 사고가 발생할 경우 외부 수자원으로부터 수도를 공급 받기 어려운 실정이다. 따라서 상수도 공급의 어려움이 발생할 경우 대체 수자원을 활용한 가용수량 산정과 이를 적용하기 위한 물수급평가 프로그램이 영종도에 적용 될 예정이다. 본 연구에서는 물수급평가를 위해 수문분석의 기초자료인 장래 예측 강수량을 제공하는 프로그램을 개발하였다. 장래 강수예측자료는 기상청 기상예보와 기후변화시나리오를 활용하였으며 Visual Studio2013을 통해 강수제공 프로그램을 개발하였고, 데이터의 저장과 DB서버 연동을 위해 Oracle 프로그램이 이용되었다. 기상청에서는 3일, 10일, 1달, 3달로 기간을 구분하여 강수확률 예보를 제공하고 있기 때문에 3개월 이내의 중 단기 예측은 기상청에서 제공되는 기상확률예보를 사용하였고, 3개월 이후의 장기 예측은 RCP 8.5시나리오에 의한 일단위 강수량이 활용될 수 있도록 하였다. 기상청 확률예보의 경우 퍼센트 확률을 정량적 수치로 환산하여 일단위 강수량으로 변환하여 제공하였다. 연구를 통해 개발된 강수제공 프로그램에서는 영종도 지역 내 행정구역 별 면적평균강수량이 제공되며, 기후변화시나리오에 의한 강수데이터 취득 시 고해상도(1km 격자단위)로 추출이 가능하도록 하였다. 사용자는 위 경도 좌표에 따라 일 및 월 단위의 강수데이터를 텍스트 파일 형태로 취득할 수 있고, 프로그램 화면 내 표출되는 그래프를 통해 현재대비 장래 강수량 변화를 확인할 수 있도록 하였다. 향후 Smart Water Grid 연구성과로 개발된 물부족위험평가프로그램과 연동하여 물수급평가, 가용수량 산정 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라 하천에서 식생의 변화가 매우 빠르게 진행되고 있다. 최근들어 하천내에서 식생이 차지하는 면적이 증가하는 경향이 뚜렷하게 확인되고 있기 때문이다. 댐 등 하천구조물로 인한 유황변화에 의해 봄철 발아기 유량 및 수위 저하가 발생하고 이로 인해 식생의 유입된다는 것은 이미 많은 연구에서 증명되고 논의된 바 있다. 그러나 댐과 같은 구조물이 없는 자연하천이나 소하천의 경우에도 식생 유입이 빠르게 진행되고 있는 것은 전국적인 경향이라고 할 수 있다. 우리나라 뿐만아니라 일본의 경우에도 대부분의 하천에서 식생이 과도하게 유입되는 현상이 발생하고 있다. 식생의 발생, 발달, 번무 등에 대한 원인은 다양하다고 할 수 있다. 산지지역의 산림 변화로 인한 유사유출 저감, 농업으로 인한 영양염류 증대, 하천정비로 인한 고수부지 확대 등이 주요원인으로 추정되고 있지만 아직까지 정확한 식생 발생 메카니즘에 대한 분석은 이루어지지 않은 상황이다. 일본의 경우 식생의 발생과 진행에 대한 모형을 구축하고 여러 하천에 적용하여 검증하는 연구가 다양하게 진행되고 있지만 지역에 따라 다르게 발생하는 식생의 원인을 단정적으로 결론내리지는 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 하천내 식생 유입 현황을 분석하고 발생 원인에 대해 검토하였다. 먼저 우리나라 하천에서 식생 발생은 전국적인 현상으로 확인되었다. 과거와 달리 하천의 특정지점에서 식생이 발생하는 것이 아니라 하천의 규모나 지역 등에 관계없이 전국적으로 식생이 발생하고 있는 것이 식생면적 분석으로 확인되었다. 또한 식생 면적이 최근 들어 더 증가하고 있음도 확인되었다. 본 연구에서는 강우의 연도별 변화가 식생발생에 미치는 영향을 분석하였다. 봄철(4월, 5월, 6월)의 연도별 강우량 변화가 식생 발생에 미치는 영향을 분석하였는데 이 기간 동안의 강우가 줄어듦에 따라 식생 발생이 더 활발하게 진행될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 봄철의 가뭄과 여름철 홍수 미발생이 이어지는 경우 식생이 더 활발하게 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 하천 구조물에 의한 하천유황 변화가 식생 발생에 큰 영향을 미치듯이 강우 발생 양상의 변화로 인한 유황 변화가 식생 발생에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타난 것이다. 또한 일본의 경우에도 이와 같은 경향이 유사하게 나타나는 것으로 분석되었다. 일본의 식생조사 결과와 강우 패턴을 비교한 결과 우리나라와 같이 일본에서도 유사한 경향이 나타났다. 본 연구 결과로 추정해 볼 때 강우 패터의 변화가 식생의 유입에 큰 영향을 미치며, 특히 기후변화로 인해 발생하는 봄철 강우의 감소가 주요원인중 하나로 추정될 수 있다고 할 수 있다.

우리나라의 댐저수지는 홍수기에 상류로부터 다량의 부유물이 폐기물 등과 함께 일시에 유입되어 미관을 해치거나 상수원 수질을 악화시키는 등의 문제점을 가지고 있다. 이에 부유물의 하류확산을 방지하고 수거와 처리를 효율적으로 하기 위한 부유물 차단망이 설치되어 운영 중이다. 부유물 차단망의 설치위치는 저수지내의 흐름을 고려하여 부유물을 가장 효과적으로 차단할 수 있는 지점을 선정하여야 하나, 저수지 흐름을 고려하지 않고 설치될 경우 차단망이 빈번하게 훼손되거나 부유물이 적절하게 포집되지 못한 채 상류에 흩어지는 결과를 초래하기도 한다. 본 연구에서는 대형저수지인 소양댐과 신규 중소규모 댐인 영주댐의 부유물 차단망 최적 설치위치를 선정하기 위하여 3차원 모형을 이용하여 다양한 조건에서의 저수지내 흐름분포와 수리적 특성을 검토하였다. 적용모형은 3차원 수리동력학 모형인 ELCOM 모형을 적용하였으며, 홍수기 표면 유속장 분포, 수직수온분포 및 밀도류 발생지점 등을 종합적으로 분석하여 최적 설치지점을 검토하였다. 시뮬레이션 조건은 200년 빈도 홍수 유입에 대해 초기 수위에 따른 영향을 고려하기 위하여 갈수위, 풍수위 등으로 구분하여 분석하였다. 분석결과, 소양댐의 경우 기존 설치위치에서는 plunging point가 설치지점보다 하류에 위치하여 부유물 포집 기능에는 이상이 없으나 최대유속이 2 m/s를 초과하는 것으로 나타나 안정적 운영을 위하여 이전 설치하는 것이 적합할 것으로 판단되었다. 또한 신규댐인 영주댐에서는 다양한 시나리오에 대하여 분석한 결과 2개 지점이 적합한 것으로 분석되어 적치장 위치 등을 종합적으로 고려하여 최적위치를 선정하도록 하였다. 이와 같은 연구 결과는 부유물 차단망 설치설계기준 등에 반영되어 과학적인 댐 운영관리에 활용될 것으로 판단되며, 향후 보다 안정적인 시설물 관리에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

댐의 발전방류는 댐 하류의 하천에 비정상성이 큰 흐름을 발생시킨다. 이와 같은 흐름은 하류 하천의 수심 및 유속 조건을 급격하게 변화시키게 되어 어류 물리서식처에 큰 영향을 끼치게 된다. 또한 갑작스런 유량의 상승은 어류를 하류로 강제로 이동시키며, 빠른 수위의 하강은 어류를 하안에 고립되게 하여 죽음을 초래하게 된다. 발전방류가 어류 물리서식처에 미치는 영향을 평가한 기존의 연구는 대부분 흐름계산을 위하여 준정류 모형을 사용하였다. 하지만 준정류 모형은 발전방류와 같은 비정상성이 큰 흐름에 대하여 적절히 모의하지 못하는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 2차원 부정류 모의가 가능한 River2D 모형을 이용하여 댐 하류 하천에서의 발전방류가 어류 물리서식처에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 연구 대상지역은 괴산댐 하류 지점인 수전교부터 대수보까지 2.3 km 구간이다. 서식처모형은 피라미에 대한 HSI 모형을 사용하였다. 복합서식처 적합도 지수, 하상전단응력을 모의하였으며 소와 여울의 지형조건에서 발전방류가 위의 인자들에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 또한 발전방류량이 발생하였을 때 기저유량의 조건에 따라 어류 물리서식처에 미치는 영향에 대하여 분석하였다.

새만금호의 목표수질 달성과 지속가능한 관리를 위해서는 비점오염 관리의 필요성이 강조되고 있다. 특히, 새만금호 상류 유역은 농경지 비율이 38%로서 높아 농업활동에서 유래하는 농업 비점오염원의 효과적인 관리가 필요하다. 이를 위해서는 농업비점오염 저감기술의 개발하는 물리적 기술적 접근만이 아니라 농업인과 지역주민의 참여와 함께 행정적인 지원을 포함하는 사회 경제 문화적 접근을 포함하는 통합적인 접근 즉, 거버넌스가 요구된다. 이러한 거버넌스를 새만금유역의 농업비점 관리에 적용하려는 노력의 일환으로 "새만금유역 농업비점오염관리 거버넌스구축 사업모델 개발"에 대한 연구를 2015년부터 2016년까지 2년간 추진하게 되었다. 본 연구의 목적은 농업비점오염 관리를 위한 거버넌스 구축과 운영에 필요한 요소들을 도출하고 각각의 요소별 추진 프로세스를 개발하고 최종적으로 이를 상호 연계하여 운영하는 기법을 개발하는 것이다. 농업비점오염관리 거버넌스 구축의 접근 방향으로는 신규구축형과 기존정책사업연계형으로 접근하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다. 거버넌스 시스템은 참여단위와 행정단위, 그리고 이것을 연계 지원하는 '중간지원조직'의 다층적 거버넌스 구조로 제안하였다. 참여단위 거버넌스는 공동체단위와 개별 농가단위의 참여 프로그램으로 설계하였다. 특히, 참여단위 거버넌스의 지속성을 유지하기 위해서 커뮤니티비즈니스 육성이 필요할 것으로 나타났다. 1차년도(2015년)에는 신규구축형을 중심으로 진행을 위하여 전라북도 부안군 백산면 용계리를 연구대상 지구로 선정하였다. 참여단위 거버넌스 구축을 위하여 연구대상 지구에서 우리 마을과 물 이야기, 우리마을회의 등 통하여 주민이 생각하는 지역의 역사와 문화 등 잠재자원을 발굴하였고, 이를 바탕으로 침체된 마을 공동체를 마을길을 연결하여 다시 활성화 하고, 물이 흐르는 마을도랑으로 가꾸고, 단절된 이웃간 마음을 연결하기 위한 "마을길-물길-마음길 연결" 커뮤니티 비즈니스 프로젝터를 도출하였다. 이러한 거버넌스구축 프로그램의 정보의 공유와 확산을 위하여 커뮤니티 비즈니스 안내판을 설치하고, 마을소식지(청파)를 제작배부하고 거버넌스구축 과정을 담은 마을영상다큐 제작을 진행하였다. 2차년도에는 커뮤니티 비즈니스 심화과정을 운영하고자 한다. 본 연구의 결과는 앞으로 농촌지역의 비점오염관리를 위한 거버넌스구축 등 정책 및 제도개선에 도움이 될 것으로 기대된다.

환경창(EWs; Environmental Windows)이란, 준설 및 준설토 처리에 대한 부정적인 영향이 최소가 되는 기간을 정하고, 그 기간에 준설 및 준설토 처리를 수행하게끔 지정된 기간을 의미한다. 1970년대부터 미국을 중심으로 개발되어, 2001년을 기준으로 미국의 모든 준설사업의 약 80% 이상을 관리하고 있다. 준설이 가능하도록 규정된 환경창과 준설이 가능하지 않은 계절적 제한(seasonal restrict)으로 구성되어 있으며, 계절적 제한 기간에 준설을 수행하고자 하는 경우에는 준설과 관련된 의사결정권자, 이해관계자 및 전문가들의 협의가 이루어져야 한다. 그러나 현재 환경창에서 제공하고 있는 정보는 준설 수행의 가능/불가능의 양자택일에 대한 정보만을 제시하고 있으며, 이러한 문제는 의사결정권자 및 이해관계자에게는 정량적인 정보를 주지 못해 의사결정이 어려워지는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 통계학적 기법을 이용하여 사회 환경적인 측면에서 준설의 부정적인 영향을 수치화하여 정량적인 정보를 제공할 수 있도록 환경창 지수를 개발하였다. 환경창 지수를 적용한 환경창의 검증을 위해 미국의 샌프란시스코 만에 적용하였으며, 적용결과와 현재 샌프란시스코 만에서 운영 중인 환경창과 비교 분석을 수행하였다. 본 연구에서 개발된 환경창은 샌프란시스코 만에서 운영하고 있는 환경창과 동일한 환경창 기간을 제공함은 물론, 정량적인 환경창 지수를 제공함으로써 보다 간편한 의사결정이 가능함을 보였다. 또한 낙동강에 위치한 다기능보 중, 강정고령보에 적용하여 환경창을 개발하고 최적 준설시기 및 기간을 산정하였다. 개발된 환경창에 의하면 3월에 환경창 지수가 가장 높은 수치를 보임에 따라 가장 준설의 부정적인 영향이 작은 환경창 기간이라고 할 수 있으며, 가장 부적절한 환경창 기간은 5월인 것으로 나타났다.

국내 해안선을 따라 발생되는 침식 및 퇴적현상으로 인하여 해안구조물의 안정성과 같은 안전 문제가 발생되고 있다. 이러한 자연현상을 대비하여 연안지역 특성에 맞는 침식 저감 대책 마련에 대한 연구가 되고 있다. 침식현상은 다양한 외력조건과 지리적 특성을 함께 고려해야 한다. 고립파로 인한 침식 발생 현상에 대한 국외 연구들이 다수 수행되어 왔으며, 국내에는 이와 관련된 연구가 상대적으로 부족하다. 고립파는 파고의 특성에 따라 파형이 결정되는 특징을 가지고 있어, 침식현상과 지진해일의 실험적 연구에 있어 입사파로 주로 활용되고 있다. 기존의 방법과 동일하게 sluice gate를 순간적으로 개방하여 고립파를 재현하는 방식으로 파랑을 재현하였다. 본 연구에서는 폭 0.80 m, 높이 0.75 m, 수로연장 12.00 m의 강화유리로 설계된 직사각형 단면 수로에서 실험을 수행하였다. 측면에 두 대의 카메라(Model No. : Sony, HDR-XR550)를 고정설치하여 경사면 하상변화를 촬영하였고, 영상분석을 통하여 하상변동을 측정하였다. 유사특성에 따른 하상변동을 연구하기 위하여 경사면에 포설된 유사로는 주문진 표준사($d_{50}=0.6268mm$, $c_u=1.68$)와 안트라사이트($d_{50}=1.547mm$, $c_u=1.387$)를 동일한 실험조건에서 함께 사용하였다. 경사면에서 고립파의 처오름, 처내림을 추적하여 그 경향을 분석하였다. 하상의 침식 및 퇴적구간 길이, 침식, 퇴적의 높이 및 깊이와 같은 형상분석을 통한 영향인자를 함께 무차원화 하여 실험결과를 제시하였다. 본 연구의 결과를 바탕으로 Sluice gate를 이용한 고립파 수리실험으로 경사면 하상의 침식 및 퇴적 현상에 관한 기초적인 실험자료로 활용될 것이다.

정부는 1999년 제정된 연안관리법에 따라 2000년부터 시행 중인 '연안정비계획' 등을 통하여 연안 침식 대응사업을 지원하고 있다. 그러나 연안의 개발은 지속적으로 일어나고 있으며 그 중 동해항 3단계 북방파제 축조공사가 내년 3월 중으로 착공할 것으로 예상된다. 동해항 3단계 개발사업은 동해항을 환동해권 물류 중심 거점 항만으로 육성하기 위해, 오는 2020년까지 대규모 항만개발과 방파제 등이 축조될 예정이다. 이에 따라 본 연구에서는 동해항 3단계 개발사업의 추진에 따른 인근해변의 해안침식 저감대책 방안으로 해안선 및 수심 변화를 예측하고자 한다. 동해항 인근의 추암 해수욕장부터 삼척 해수욕장까지 대상지역 N-line 모델 적용 및 Case분석을 실시한다. 해안선 변화는 Polar coordinate에서 개발된 One-line 모델에 회절 효과를 반영하고 해빈 경사와 쇄파고에 따라 횡단 방향으로 발생하는 표사로 인한 추가적인 해안선 변화 효과를 반영하여 입사파고 변동에 따른 단기적인 해안선 변화의 변동 폭을 제공한다. 연평균 입사 파고에 따라 형성되는 연안방향 표사로부터 해안선이 변동하며 이 해안선을 기준으로 연평균 파고에 따른 전진 폭과 최고 파고에 따른 침식 폭을 제시한다. 동해항 개발 전 변화 예측 모델링과 동해항 개발 후 변화 예측 모델링을 통해 개발에 따른 장래 해안선의 변화 예측 모델링 결과 분석 및 검토를 실시, 동해항 인근 지역에 적합한 해안선 유지관리 방법 결정 및 제안을 하는데 도움을 줄 것이라 기대된다.

산사태 발생 예측은 재해를 예방하고 대처하기 위한 가장 근본적이며 효과적인 방법이나, 과학기술의 발전과 많은 노력에도 불구하고 아직 산사태의 발생 장소와 시기를 예측하는 것은 매우 어려운 일이다. 산사태 발생 예측 기법은 크게 경험론적 지수기법, 통계적 해석기법, 물리적 해석 기법으로 나뉠 수 있다. 이 세 방법은 각기 장단점이 있으나 일반적으로 후자로 갈수록 많은 데이터가 요구되고, 해석에 시간이 필요하며, 보다 신뢰할만한 결과를 도출할 수 있다. 경험론적 지수 기법은 국내에서 실무적으로 널리 활용되고 있으며, 통계적 해석기법에 관한 연구도 수행된 바 있다. 하지만 이 두 방법론은 일정량 또는 일정강도 이상의 강우 발생 시 산사태의 발생 위험도를 공간적으로 예측할 수 있으나, 산사태의 발생 시점과 연속적인 강우량 또는 강우강도의 관계를 정량적으로 분석하기 힘든 한계가 있어 최근에는 이러한 한계를 극복하기 위해 최근 무한사면안정 모형과 토양수분침투 모형을 결합한 시변 사면안정모형들이 활용되기 시작하고 있다. 대표적으로는 TRIGRS가 있으며, 이 모형에서는 선형화한 1차원 Richards 방정식의 해석해를 활용하여 토양수분량을 계산한 후 이 정보를 무한사면안정모형에 반영하여 시변적인 사면안정도를 구하고 있다. 하지만 Richards 방정식을 선형화하기 위해서 제한된 토양수분-압력 관계식이 사용되며, GUI가 제공되지 않아 전처리 및 후처리가 번거로운 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 개선하기 위해 3차원 Richards방정식을 수치적으로 계산하여 보다 다양한 토양수분-압력 모형과 초기조건을 반영할 수 있게 하였다. 또한 GUI를 지원하여 사용자가 보다 손쉽게 해석모형을 사용할 수 있도록 하였다.

강우는 우리의 일상생활뿐만 아니라 각종 산업 활동 및 레저스포츠 등 많은 분야에 영향을 주는 중요한 기상 현상이다. 최근 들어 우리나라는 기후변화로 인해 과거 장마기간에 발생하였던 강우집중 현상이 장마기간 전후되어 발생하는 게릴라성 집중호우나 급작스런 이상강우의 형태를 보이고 있으며 그로 인해 홍수 예 경보체계 구축에 대한 중요성이 높아지고 있다. 하지만 우리나라의 경우 홍수 예 경보 체계 및 수공구조물 건설 등이 국가하천 위주로 운영되어 소하천에 대한 연구와 대책이 부족한 실정이다. 최근 이상호우에 의한 홍수피해 사례를 보면 지방하천 혹은 소하천으로부터 발생한 재산 및 인명피해가 크다는 것을 알 수 있으며 이를 관리하기 위한 시스템 구축이 절실한 상황이다. 특히 도시하천의 홍수방재를 위해서는 안정적이고 체계적인 도시하천관리가 필요한데 이를 위해서는 도시하천의 특성을 정확히 파악하는 것이 매우 중요하다. 국내에서 하천의 특성에 관한 연구동향을 살펴보면 대부분의 연구가 하천수질 관점에서 하천특성을 규명하는 목적으로 수행 되었고 홍수 방재를 위한 수문학적인 관점에서의 하천 특성을 도출하는 연구는 미비한 실정이다. 수문학적 관점에서의 하천특성은 유역면적, 도달시간, 형상계수 등 유역특성인자를 말하며 국내 하천에 적용 할 수 있는 대표 유역특성인자를 도출을 위해서는 통계학적인 방법이 필수적이다. 그 중에서도 요인분석, 주성분분석, 군집분석 등 다변량 통계기법을 이용한 분석 필요하다. 본 연구에서는 GIS분석과 지자체에서 제공하는 소하천정비기본계획을 통해 도시하천의 유역특성인자를 선정하고, 수문분야에서의 적용성이 높은 다변량 통계분석기법을 이용하여 우리나라를 대표할 수 있는 도시하천의 특성 및 권역별 도시하천의 특성을 도출하였다. 또한 대조군에 적용하여 도출된 특성의 적정성을 평가하였고 이를 통해 도시하천 관리에 이용될 수 있는 도시하천의 특성을 제시하고자 한다.

수문학적 빈도해석은 일반적으로 단변량 형태에 해석이 주를 이루고 있으나, 최근 다변량 해석에 대한 이해와 더불어, 해석 기술 발달에 따라 빈도해석에서도 다변량 해석적 접근이 이루어지고 있다. 기존 다변량 해석 방법으로는 Copula방법 적용이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 가뭄해석에 있어 지속시간과 심도를 동시에 평가하는 2변량 가뭄빈도해석에 대한 연구가 다수 이루어지고 있다. 그러나 기존 해석 방법은 정상성 해석 모형으로서 기상변동성과 같은 시변동성을 고려하는데 한계가 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 Bayesian 기반 Copula 함수의 매개변수를 추정함과 동시에 매개변수의 불확실성을 평가할 수 있는 2변량 비정상성 빈도해석 모형을 개발하였다. 본 연구에서는 최근 우리나라와 미국에서 발생한 2013-15년 가뭄빈도에 대한 평가와 동시에 이에 따른 불확실성을 정량적으로 평가하는 연구를 진행하였다.

하천정비나 유역종합 치수계획 등 수자원계획을 수립하는 과정에 있어 하천의 설계홍수량 추정은 필수적이며, 하천의 수공구조물의 안전성과 수문학적 위험도를 산정하는데도 활용되고 있다. 그러나 매년 관측되는 강우량 자료에 비해 유출량 자료의 길이가 비교적 짧아 신뢰성 있는 홍수량자료의 구축이 어려운 실정이며, 미계측 유역에 위치한 중소규모 하천의 설계홍수량과 같은 수문학적 자료는 매우 제한적이다. 이러한 이유로 본 연구에서는 기 수립된 하천정비기본계획의 자료들을 활용하여 유역의 특성(면적, 경사, 고도)이 고려되는 새로운 홍수량 산정식을 개발하였으며, Bayesian GLM(generalized linear method) 기법을 활용하여 미계측 유역의 지역화를 통한 홍수량의 추정이 가능하도록 하였다. 또한 Hierarchical Bayesian 기법을 활용하여 개발된 공식에 활용되는 매개변수의 불확실성을 구간을 산정하였다. Bayesian 기법의 도입으로 산정되는 홍수량의 불확실성 구간을 정량적으로 제시할 수 있었으며, 제안된 연구 결과는 미계측 유역의 홍수량을 추정하는 도구로서 활용성이 높을 것으로 기대된다.

기후변화는 댐유입량의 시공간적 변화를 야기할 것으로 전망된다. 따라서 기후변화에 따른 댐 유입량의 영향을 정량적으로 평가하고 그에 적응할 수 있는 댐 운영 방안이 필요하지만 영향평가 시 많은 불확실성이 발생하기 때문에 불확실성을 정량적으로 평가할 수 있는 기술 개발이 요구된다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 댐 유입량 전망 시 발생하는 불확실성을 평가 단계별로 분해할 수 있는 기법을 이용하여 계절별 댐 유입량 전망 결과의 불확실성을 평가하였다. 이를 위해 현재 국내에서 가용한 CORDEX East Asia에서 제공하고 있는 5개 RCM 결과를 이용하였으며, 5가지 통계적 후처리기법, 2가지 수문모형을 이용하였다. 대상지역은 충주댐 유역으로 선정하였으며, 계절 댐 유입량에 대한 과거기간 대비 미래기간의 전망 결과에 대해 분석하였다. 평가결과, 겨울철을 제외한 모든 계절에서 RCM이 29.3~68.9%로 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 나타났으며, 겨울철은 수문모형이 46.5%를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 홍수기의 댐 유입량은 강수량에 직접적인 영향을 받으나 이수기에는 강수량 이외에 그 당시의 토양상태, 기후환경 등의 영향에 따른 수문순환 전반적인 영향이 물가용성에 영향을 미친다. 따라서 이수기는 수문모형에 더욱 영향이 큰 것으로 나타났으며, 홍수기는 기후 모델링 부분의 영향이 큰 것으로 사료된다. 이러한 분석을 통해 특정 RCM이나 통계적 후처리기법, 수문모형 등의 선정에 따라 전체 불확실성에 미치는 영향을 분석할 수 있으며, 이를 통해 불확실성을 저감할 수 있는 방안을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

기후변화로 인한 기온과 강수량의 변화는 국지적이고 집중적인 강우를 유발하게 되었고 이로 인하여 외수범람에 의한 제내지 침수로 인한 피해가 증가하고 있다. 따라서 제내지의 침수로 인한 피해를 예측하기위한 기술이 필요하다. 본 연구에서는 하천제방의 파쇄로 인한 홍수량이 제내지에서 어떤 경로로 침수-확산되는지를 파악하기 위하여 홍수의 침수경로를 모의할 수 있는 분포형홍수범람모형인 SIMOD(Simplified Inundation MODel) 모형을 개발하였다. 침수경로를 모의하기 위하여 홍수가 발생된 시점에서 그리드화된 주변셀로의 홍수전의를 위하여 주변셀과의 경사를 이용하여 차등 분배하는 다중흐름방향법(Multi Direction Method, MDM)과, 하나의 낮은 고도의 셀에서 수위가 높아져 인접셀보다 수위가 증가하면 그 수위는 인접 셀들과 균등해 진다는 가정인 평수가정법(Flat-Water Assumption, FWA)을 적용하였다. 모형의 평가를 위하여 가상시나리오를 설정하여 대상지역에서 시간에 따른 침수범위를 산정하였다. SIMOD 모형은 지형도(DEM)와 유입 홍수량의 간단한 입력자료를 이용하기 때문에 모의시간을 현저하게 단축시킬 수 있다. 강우-유출 모형 또는 제방붕괴 모형 등을 통해서 유입되는 홍수량만 파악을 할 수 있다면 수 분 내에 결과를 예측할 수 있다. 따라서 EAP(Emergency Action Plan)과 같은 도심지에서 침수로 인한 대피 계획을 수립하는데 활용될 수 있을 것이다.

기후 변화의 수자원 영향 평가에서 전지구모형이 갖는 불확실성이나 이산화탄소 배출 등의 시나리오별 불확실성에 대해서는 많은 연구가 진행되어져 왔으나, 외부의 변화가 아닌 지구 시스템상의 내부 변화에 대한 자연적인 변동성에 대해서는 상대적으로 연구가 미흡한 상태이다. 대표적인 내적 변동성의 예시로 엘리뇨 또는 라니뇨 현상을 들 수 있으며, 일정 영역 해수의 온도 변화에 따른 순환정도가 전세계적으로 큰 영향 (태풍, 가뭄, 홍수 등)을 주는 것을 확인할 수 있었다. 유역에서의 침식 및 퇴적 현상에서도 기후변화에서와 비슷한 내적변동성의 영향이 관찰되어지나, 과거의 대부분의 연구는 외적변동성의 영향에만 집중되어 왔다. 가장 빈번하게 발생하는 예로, 토양 표면의 미묘한 변화 (aggregation, dispersion, shielding, crusting 등)때문에 같은 양의 강우 또는 유출이 발생하는 경우라도 같은 양의 침식량이 발생하지 않는 현상을 들 수 있다. 여기에서 다루어지는 침식량의 '다름'은 같은 지역에서라도 적게는 수십배에서 크게는 수백배까지 예측량이 다를 수 있음을 뜻한다. 이러한 다름이 그동안 수자원/지질학을 연구하는 학자 및 실무자로 하여금 수치모델을 적용하고 예측하는 것을 어렵게 했던 원인이 되었다. 본 연구에서는 기후 변화가 가져올 수자원의 영향 평가를 수행할 것이다. 관심있는 기후변화 변수로서 기온 및 강수량을 시간단위로 상세화할 것이며, 변화한 기후의 영향을 평가할 수자원의 현상으로는 증발산, 토양수분량, 유출량, 하천에서의 수심 및 첨두량, 침식량 등을 고려할 것이다. 물리현상을 모의하기 위해, 유역기반의 수리, 수문, 침식 및 퇴적 현상을 동시에 계산할 수 있는 통합모델을 개발하였고 적용하였다. 여기에서 얻은 결과로부터 내적 변동성이 수자원 현상에 미치는 불확실성을 확률통계적인 기법을 이용하여 정량화할 수 있을 것이다.

우리나라는 산업화시기에 도시지역의 급속한 발달로 불투수면적과 하수보급률이 증가 하였으며, 이로 인해 지하수함량 감소, 용수사용량 증가 및 무분별한 지하수 개발 등은 도시하천의 수질 악화, 유량부족의 문제를 발생시켰다. 또한 1960년대 이후 하천정비사업은 홍수방지 등의 치수 차원에서 주로 정비되어 왔고, 산업화 팽창시기에 도시를 관통하여 흐르는 중소하천은 도시의 과밀화 문제를 해소하는 수단으로서 도로와 주차장등으로 이용되었다. 따라서 수변공간이 가지는 의미와 가치에도 불구하고 우리나라의 경우 수변공간은 치수와 이수 등 기능적인 목적을 위주로 관리되고 사용되어 왔다. 그러나 최근들어 지속가능한 물순환 체계 구축 및 적응 대책 수립을 지원하기 위해 개발사업 추진 시 저영향개발 기법의 적용을 확대하도록 권장하고 있으며, 국가하천 주변의 개발허가를 골자로 하는 "친수구역 활용에 관한 특별법"이 공표되어 수변공간 및 수변도시에 대한 관심이 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 도시개발에 따른 수문 및 환경적 영향을 최소화하기 위해 자연상태를 가급적 보존하고 불투수면적을 최대한 줄이며, 분산식 우수배제 방식을 지향하는 저영향개발 기법을 적용하였다. 이를 위해 현재 수변도시로 개발중인 송산그린시티에 저영향개발 기법을 적용하였으며, 기존의 개발 방식과의 비교를 통하여 저영향개발 기법의 효과를 분석하였다.

최근 다변량 확률모형을 이용한 빈도해석이 수문자료 등에 적용되면서 다양하게 연구되고 있으며 다변량 확률모형 중 copula 모형은 주변분포형에 대한 제약이 없어 여러 분야에 걸쳐 활발히 연구되고 있다. 강우자료는 기존 일변량 빈도해석을 수행하기 위하여 사용하던 block maxima 방법 대신 최소무강우시간(inter event time)을 통하여 강우사상을 추출하여 표본으로 사용한다. 또한 기후변화로 인한 강우량의 변화등에 대응하기 위하여 비정상성 Generalized Extreme Value(GEV)와 Gumbel 등의 확률분포형에 대한 연구도 많은 부분 이루어져 있다. 본 연구에서는, Archimedean copula 모형을 이용하여 이변량 확률모형을 구축하면서 여기에 사용되는 주변분포형에 정상성/비정상성 분포형을 적용하였다. 모형의 매개변수는 inference function for margin 방법을 이용하였으며 주변분포형으로는 정상성/비정상성 GEV, Gumbel 모형을 적용하였다. 결과로 정상성/비정상성 경향을 나타내는 지점을 구분하고 각 지점에 대한 정상성/비정상성 주변분포형을 적용한 이변량 확률분포형을 구하였다.

지난 135년(1880~2014년) 동안 지구온난화에 따른 기후변화로 지구의 평균 기온은 $0.85^{\circ}C$ 상승하였으며, 이는 수문현상에 영향을 미쳐 강우량 및 강우강도가 증가하는 경향성을 보이고 있다. 이처럼 기후변화로 말미암아 수문 현상의 변화에 따른 불확실성이 커져 물 순환 과정의 정확한 파악이 더욱 어려워지고 있다. 따라서 미래 안정적인 물 공급을 위한 수자원계획 수립 및 관리를 위해 기후변화를 고려한 물 수요 예측이 필요하다고 하겠다. 본 연구에서는 도시화에 따라 물수요가 변화하고 있는 안성천을 대상유역으로 선정하여 기후변화를 고려한 미래 물 부족량을 산정하고자 하였다. 이를 위해, 기후변화 RCP 8.5 시나리오를 이용하여 미래 강수량을 모의하였고, 준 분포 강우-유출 모형인 SLURP 모형을 이용하여 미래 유출량을 분석하였다. 미래 유출량을 토대로 정확한 물 수요 예측을 위해 통합수자원평가계획 모형인 K-WEAP 모형을 이용하여 소유역별 물수지 분석을 위한 네트워크 및 시나리오를 구성하였다. 또한 용수이용량(생활, 공업, 농업용수)의 과거자료를 활용한 선형예측함수식을 통해 장래 물 수요 추정량을 산정하였다. 물 수지 분석 결과, 안성천 유역은 인구 증가, 급격한 도시화로 인해 용수 이용량이 증가하고 있었으나 농업용수는 점차적으로 감소하고 있었다. 따라서 생활 및 공업 용수에 대한 수요를 충족하지 못해 미래 물 부족량이 증가하고 있는 것으로 확인되었으며, 본 연구에서는 물부족 해소를 위한 방안으로 광역상수도 확충과 제한급수를 제시하여 분석을 수행하였다.

대전 관평천 유역의 도시계획에 의해 개발된 도시지역을 대상으로 우수 관거 최종 유출부에 설치한 모니터링시스템을 이용하여 복수의 강우사상에 대해 연속으로 유출량 자료를 획득하였다. 본 연구는 연속적으로 획득한 유출량 자료를 바탕으로 SWMM(storm water management model)을 보정하고 최적의 수문학적 매개변수를 산정하는데 있다. SWMM의 수문학적 매개변수는 기본 침투식인 Curve Number, Horton 및 Green-Ampt를 바탕으로 각각의 경우에 맞는 유역의 조도계수 및 저류 깊이를 산정하였다. 현재 도시 개발에 따른 유출변화를 모의하는데 있어 국외에서 연구된 매개변수를 적용하고 있다. 번 연구에서 구한 매개변수는 향후 도시개발에 따른 유출 변화를 SWMM을 이용하여 분석하기 위한 기초자료를 활용 할 수 있을 것으로 판단된다.

전 지구적으로 발생하는 기후변화의 영향으로 다양한 형태의 자연재해가 점차 증가할 것으로 전망되고 있다. 우리나라는 매년 발생하는 태풍과 집중호우로 인하여 심대한 규모의 사회적 경제적 국가적 손실이 발생하고 있다. 이러한 기후변화로 인한 재해피해 규모가 점점 커짐에 따라 국내 외 다양한 기후변화 연구들이 진행되고 있다. 기상청은 IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) 5차 평가보고서(5th Assessment Report, AR5)에 따른 국가표준 기후변화 시나리오를 산출하여 제공하고 있다. 총 4가지의 RCP (Representative Concentration Pathways) 시나리오 중 온실가스 저감 정책이 상당히 실현되는 경우인 RCP4.5 시나리오를 선정하여 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 관측된 연최대 강우자료와 기후변화 RCP4.5 시나리오에서 생산되는 강우자료를 이용하여 확률강우량을 추정하였고 이를 비교하여 기후변화로 인한 확률강우량의 변화를 분석하였다. 강우자료의 최적 확률분포형으로 Gumbel 분포와 GEV (Generalized Extreme Value) 분포를, 매개변수 추정방법으로 확률가중모멘트법을 선정하였다. 본 연구에서 분석한 현재 대비 미래 기간의 확률강우량 변화를 통하여 기후변화를 고려한 보다 안정적인 수공구조물 설계에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The impact of land cover changes on streamflow of the Akaki catchment will be assessed using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. The study will analyze the historical land cover changes (1993 to 2016) that have taken place in the catchment and its effect on the streamflow of the study area. Arc GIS will be used to analysis the satellite images obtained from the United States Geological Survey (USGS). To investigate the impact of land cover change on streamflow the model set up will be done using readily available spatial and temporal data, and calibrated against measured discharge. Two third of the data will be used for model calibration (1993?2000) and the remaining one-third for model validation (2001?2004). Model performance will be evaluated by using Nash and Sutcliff efficiency (NS) and coefficient of determination (R2). The calibrated model will be used to assess two land cover change (2002 and 2016) scenarios and its likely impacts of land use changes on the runoff will be quantified. The evaluation of the model response to these changes on streamflow will be presented properly. The study will contribute a lot to understand land use and land cover change on streamflow. This enhances the ability of stakeholder to implement sound policies to minimize undesirable future impacts and management alternatives which have a significant role in future flood control of the study area.

하천에서 유사 및 오염물질의 이동을 예측하기 위하여 초점을 두는 것에는 두 가지 요소가 있다. 입자의 농도로 나타낼 수 있는 양의 개념과 입자의 위치로 나타낼 수 있는 공간의 개념이 그것이다. 유사 입자와 같이 그 비중이 물보다 큰 경우, 흐름 내에서 침전과 부상의 메커니즘을 반복하게 되는데 최종적으로 바닥에 침적하는 위치는 하상변동, 서식처 등 하천관리의 다양한 측면에서 매우 중요하다. 유사 입자가 바닥에 침적하는 위치를 예측하는 데에는 난류와 지형 같은 많은 불확실한 요소가 내포되어 있어, 같은 크기의 유사 입자라 하여도 하나의 exact point로 도달하지 않는다. 이러한 불확실한 요소를 고려하여 침전 위치를 산정하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 침전 위치를 확률밀도함수로 나타내어 분석하고자 한다. 입자의 침전 위치를 확률밀도함수로 나타내기 위하여 입자 기반의 추적 모형을 사용하여 위치 데이터를 얻었으며, 이를 실험데이터와 비교하여 검증 후 확률밀도함수로 나타내었다. 그 결과 입자의 침적 위치에 대한 확률밀도함수는 로그정규분포를 띠고 있음을 확인하였으며, 확률밀도함수를 나타내는 매개변수를 물리 기반 회귀모형식으로 일반화 하여 나타낼 수 있었다.

유입유사량의 변화에 의한 하도의 지형변화를 파악하는 것은 하천을 복원하거나 유지하는데 중요하다. 본 연구에는 2차원 수치모형을 이용하여 상류에서 유입되는 유사량의 변화에 의하여 망상하천의 저수로 변화와 유사의 분급 특성을 분석하였다. 망상하천의 변화를 파악하기 위하여 하폭은 2.8 m이고, 수로 길이는 50 m로 설정하였다. 하상경사는 0.0125, 유량은 $0.014m^3/sec$로 설정하였다. 상류에서 공급되는 유사량은 평형상태의 유사량에 대하여 50%, 70%, 90%, 100%로 감소시켰다. 상류에서 공급되는 유사량이 감소할수록, 하상고는 감소하고 하상토 입경은 증가하였다. 또한 하도 단면에 대한 저수로의 수를 나타내는 망상하천 지수(Braiding Index)는 감소하였다. 이것은 하도의 저수로 수가 감소하는 것을 나타낸다. 유입 유사량이 감소할수록, 하도의 기복도가 감소하며, 이것은 하도의 역동성이 감소하는 것을 의미한다.

하도 안정성에 민감하게 반응하는 대표적 하천 구역은 본류와 지류의 합류부이다. 이와 같은 합류부에서는 흐름과 하상변동 양상이 상대적으로 복잡하다. 이는 본류 및 지류 간 유사이송량, 유황, 흐름, 하도경사 등 수리특성이 서로 다르기 때문이다. 지류 합류부에서는 지류 자체의 하상 변동 영향뿐만 아니라 본류의 하상변동으로부터도 직 간접적으로 영향을 받는다. 즉 본류에서 자연적이든 인위적이든 어떤 원인으로 말미암아 하상저하가 갑자기 일어나면 지류의 하도 종단경사 변화가 현저하게 일어나는, 이른 바 두부침식 현상이 발생하기도 한다. 한편 본류와 지천 사이 흐름특성 유사거동 특성이 서로 다르기 때문에 합류뷰 주위에 지속적인 국지퇴적이 야기되기도 한다. 합류부에서 이와 같은 침식 또는 퇴적 현상으로 말미암아 하천관리상 여러 문제점을 야기한다. 이에 따라 지류 합류부에서 하천경사를 일정하게 유지하기 위하여 하상유지공 설치 등 적절한 하도안정화 대책을 모색해야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 하천정비기본계획에서 현안의 분석을 통해 개선 방안을 제시하였으며, 국가 및 지방 하천 3,836 개소에 대한 합류부 도상과 일부 현장 조사를 실시하였다. 조사?분석 결과를 바탕으로 합류부의 재해 유발 지표를 도출하고 전문가로부터 의견 수렴을 통해 가중치를 부가하여 합류부 재해 위험성 및 안정성 평가 기법을 정립하였다. 그 동안 관련 부처 및 지자체에서 하천계획을 수립하는 데, 중점 정비 및 관리가 필요로 하는 합류부를 선정 시 그 기준이 모호하였다. 그러나 본 연구에서 정량적으로 정립한 기준은 하천 합류부의 재해 위험성을 평가할 수 있어 고도의 하천관리를 지향할 수 있는 계기를 마련하였다.

교각 주위에서의 국부세굴은 교각을 지나는 유체의 복잡한 흐름에 의해 발생한다. 이를 해석하기 위하여 많은 난류모형을 이용한 실내실험 및 수치실험을 수행하였으나 발생하는 와류를 하천 규모에서 전부 계산하기는 매우 어려운 문제다. 따라서 국부세굴 관련으로 최대 관심사인 최대 세굴심은 인공지능 기술에 근거한 다양한 기법을 적용해 계산하여 예측하기도 한다. 본 연구에서는 기계학습 분야 중 하나인 서포트 벡터 머신 (Support Vector Machines)을 이용하여 교각주위 국부세굴을 예측하였다. SVM은 본래 초평면을 이용하여 데이터를 분류시키는 기법이나 Vapnik(1995)이 제안한 ${\varepsilon}$ 서포트 벡터 회귀 (${\varepsilon}$-support vector regression)방법을 통해 회귀분석에도 활용할 수 있게 되었다. 학습을 위해 Charbert and Engeldinger (1956), Shen et al. (1969), Jain and Fischer (1979), 그리고 Dey et al. (1995)의 실험 자료를 이용하였고 검증을 위해 Yanmaz and Altinbilek (1991)의 실험 자료를 이용하였다. 커널함수로는 다항식 함수와 방사 기저 함수를 이용하였고 각 계수는 적합한 값을 찾기 위해 시행착오법을 사용하였다. 민감도 분석을 통해 각 계수들 중 ${\varepsilon}$의 변화가 결과에 가장 민감하게 변화를 일으키는 것을 확인하였고 검증 결과 SVM가 충분히 국부세굴을 잘 예측하는 것을 확인하였다.

대하천에서의 하도정비 및 보 신설 후 다양한 하천환경변화가 예상됨에 따라 각종 변화에 의해 발생할 수 있는 현상들을 예측하고 환경변화에 의한 재난을 예방하기 위한 대책수립이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 하천에서의 하상변동은 경우에 따라 홍수위 상승, 저수 기능 감퇴, 용수와 취수 방해, 유사에 의한 오염원 확산 등의 문제를 발생시킬 수 있다. 기후변화에 따른 강우패턴의 변화로 하천 내 수리적 요소가 변화되고 그로인해 발생하는 하상 변동의 예측이 필요하다. 만일 유역의 특성이 유지된다면 하천의 동적평형상태인 정비 이전의 하천으로 돌아가려고 할 것이다. 하천이 준설로 넓어지고 깊어진 상태로 이전의 동적인 평형상태로 돌아가려고 하도가 좁아지고 얕아질 것이다. 그러나 기후변화로 인해 유역에서의 유량 및 유사량이 달라질 것으로 예상된다. 하지만 하상변동모델과 기후변화를 연계하여 하도의 변화를 비교 분석한 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 기후변화에 의한 유량의 변화에 따른 시나리오를 구성하고 장기간, 장구간에 걸친 하상변동 양상을 예측하였다. 준2차원 수치모형인 GSTARS를 이용하여 낙동강 상류에서 상주보 구간 사이의 기후변화 영향을 분석하고자 장기 기후시나리오를 구성하고 유사량 공식과 수류 튜브 개수에 따른 각각의 시나리오별 하상변동 양상을 예측하고 최심하상고, 횡방향에 따른 모의결과를 분석하였다.

자연 하천은 연속적인 곡선 흐름을 가지고 있으며, 하천의 흐름을 해석하는 것은 복잡하고 어려운 일이다. 게다가 자연하천에서는 유사이송에 의해 하상변동이 발생하며 이를 정확하게 예측하는 것은 공학적 문제 해결에 중요한 역할을 한다. 곡선 흐름에서의 하상변동양상은 원심력에 의한 이차류로 인하여 유사가 하천의 내측으로 이동하게 되고, 하천의 외측에는 침식, 내측에는 퇴적이 된다. 이와 같은 현상은 원심력뿐만이 아니라 하천의 곡선에 의해 발생하게 되는 박리 또한 중요한 원인으로 이야기 되고 있으며, 선행 연구자들에 의해서 박리의 영향이 작지 않음을 알 수 있다. 자연하천에서의 정확한 하상변동을 예측하기 위해서는 원심력에 의한 이차류와 박리의 현상을 정확히 모의할 수 있어야하며, 이를 위해 3차원 모형이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 3차원 unsteady RANS 모형을 이용하여 곡선수로에서 박리가 발생하는 현상을 모의하고자 한다. 곡선수로를 모의하기 위해서 곡선좌표계를 사용하였으며, 난류모형으로는 standard $k-{\varepsilon}$과 $k-{\omega}$ SST을 사용하였다. 또한 fractional step method를 이용하여 유속과 압력 커플링을 하였다. 그 결과 곡선수로의 흐름모의에서 레이놀즈 수가 큰 경우 박리가 발생하는 것을 확인하였으며, 두 난류모형 모두 곡선 흐름에서의 박리 현상을 모의할 수 있었다.

하천은 인간에게 용수의 이용 및 하천호안의 휴식처로써의 이용을 통해 직접적인 영향을 주고, 하천구조물의 심미적 영향, 랜드마크로써의 역할을 통해 간접적인 영향을 준다. 또한, 하천은 하천생태계에 서식하는 동 식물에게 영향을 준다. 그러나 하천유사로 인해 통수능이 감소하고, 하천구조물 주변에 침식을 야기할 뿐만 아니라, 댐과 저수지에 유사의 퇴적으로 저수용량의 감소시킨다. 그러므로 이를 예측하는 것은 경제적, 환경적으로 중요하다. 하상변동의 모의를 위해 기존의 2차원 모형은 만곡흐름에서 유동의 helical flow를 고려하지 않아 예측이 부정확하였다. 본 연구에서는 천수방정식을 이용한 하상변동 수치모의에 helical flow의 영향을 고려하였다. 하천과 같은 천수영역에서의 흐름 및 하상변동을 해석하기 위하여 수심평균 된 Navier-Stokes equations인 천수방정식을 이용하였다. 지배방정식은 곡선 좌표계에서 유한체적법으로 차분하였고, 비엇갈림격자를 사용하였다. 지배방정식의 닫힘 문제를 해결하기위해 0-방정식 난류모형을 사용하였고, "time marching" 기법의 적용을 위해 계산단계분할 방법을 이용하였다. 비엇갈림격자의 사용으로 인해 검사체적의 면에서의 유속이 필요하여 pressure-velocity coupling을 사용하여 유속의 진동을 줄였다. 또한, 만곡부의 helical flow를 모의하기위해 helical flow intensity model을 도입하였다. 앞에서 계산한 흐름을 바탕으로 유사량 산정공식과 Exner 방정식을 이용하여 하상변동을 모의하였다. 흐름의 검증, helical flow의 영향에 대한 확인, 하상변동의 적용을 위해 선행연구의 실험이 사용되었다.

위어나 낙차공 같은 수공구조물 직하류부에서는 다양한 형태의 흐름조건이 발생한다. 낙차공 하류에서 발생하는 독특한 흐름형태 중 하나는 정상파형도수를 갖는 파형흐름이다. 이 연구에서는강 등(2010)이 수리실험을 수행한 바 있는 계단형 위어 하류부에서의 형성되는 파형흐름을 3차원 수치해석을 수행한다. 위어 구조물 위를 통과하는 난류흐름을 해석하기 위해서 Spalart-Allamaras 1방정식 모형을 이용한 URANS 수치모의와 DES (detached eddy simulation)을 실시하였다. 위어 주변에서의 자유수면 변동, 파상도수, 자유수면에서의 와류 그리고 바닥부근에서의 재순환 영역의 형상과 크기, 선정된 종방향 위치들에서의 흐름방향유속분포 등의 항으로 수치해석결과를 실험값과 비교하여 수치모의의 적절성과 난류모델들의 성능을 평가한다.

태풍 및 집중호우로 인해 댐과 저수지 등의 붕괴위험이 증가되고 있으며, 실제로 붕괴가 일어나 크고 작은 피해사례가 증가하고 있다. 담수의 목적을 가진 댐과 저수지가 붕괴될 경우 다른 자연재해에 비해 인명 및 재산에 대한 피해가 막대하다. 따라서 국가 및 각 지자체에서 관리하고 있는 댐과 저수지는 안전성 평가 및 비상대처계획 등을 수립하여 만약의 상황에 대해 대비를 하고 있다. 특히 비상대처계획의 경우 댐 붕괴시 상황을 예상하여 홍수파의 전파와 대피로 등을 설정하는 것으로 댐 붕괴상황시 매우 중요한 역할을 한다. 하지만 지금까지의 비상대처계획 수립시 하류부 홍수파 해석은 1차원 모형을 활용하여 범람지역의 산정 및 홍수파에 대한 정보를 획득하였다. 1차원 모형의 경우 빠른 계산시간과 해석을 위한 절차가 간단한 장점이 있으나 건물 및 제내지의 정확한 지형을 반영하지 못하며, 제내지에서의 홍수파 전파양상 등을 나타내지 못하는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 정확한 지형의 반영과 제내지에서의 상세한 홍수파 해석이 가능한 2차원 모형을 이용하여 비상대처계획 수립시 적용성을 검토해보았다. 실제 붕괴사례인 경주 산대저수지 붕괴를 통해 2차원 모형의 정확성을 검증하였으며, 이를 국내 A저수지에 적용하여 비상대처계획도를 작성하였다. 대상저수지의 경우 댐 직하류부에 주거지역 및 홍수파가 넓게 퍼질 수 있는 지형을 가지고 있어 2차원 모형의 장점을 잘 활용할 수 있다고 판단하여 대상 저수지로 선정하였다. 1차원 모형인 DAMBRK 모형과 2차원 모형인 FLO-2D 모형을 사용하여 1 2차원 모형의 댐 붕괴홍수파 해석 결과를 비교하고, 그 결과를 이용한 비상대처계획도를 작성을 하여 비교하였다. 그 결과 기존에 활용되던 비상대처계획도의 단점을 보완하여 정확한 침수범위 및 홍수파 전파양상을 나타낼 수 있는 새로운 비상대처계획도 작성할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 정확한 지형의 반영이 필요하거나 댐 및 저수지 하류부에 도심지가 위치한 경우 제내지에서의 상세한 홍수파 정보를 제공할 수 있는 비상대처계획도 작성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기후온난화로 인한 이상기후와 지진의 발생가능성으로 인해 직렬 혹은 병렬로 위치한 2개 이상의 댐(저수지)들의 연속 붕괴 가능성도 점점 커지고 있어 연속 댐 붕괴에 대한 비상대처계획도 수립에 대한 관심도 증대되고 있다. 국내에서는 댐(저수지) 붕괴로 인한 극한홍수해석이나 비상대처계획 수립시 국내에서는 DAMBRK, FLDWAV, HEC-RAS와 같은 1차원 수리동역학 모형이 주로 사용되어지고 있다. 하지만 1차원 모형은 흐름을 하나의 방향으로만 한정하여 해석하고, 각각의 적용 횡단면에서 동일 수위를 가지다는 가정으로 홍수범람해석을 수행하므로 정확성뿐만 아니라 실제 적용성에서도 한계를 가질 수밖에 없다. 댐(저수지) 붕괴로 인한 홍수범람해석에서 2차원 이상의 고차원 모형은 앞서 언급한 1차원 모형에 적용된 비현실적인 가정을 포함하지 않으므로 더욱 정교하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다. 하지만, 홍수범람해석을 위한 상용 프로그램들은 단일 댐(저수지) 붕괴의 적용에는 큰 어려움이 없으나, 지형단면을 초기에 한번만 고려하는 문제로 인하여 연속 댐(저수지) 붕괴의 고려에는 한계를 가진다. 따라서 본 연구에서는 댐(저수지)의 연속 붕괴를 해석할 수 있는 2차원 수리동역학 모형을 개발하고자 한다. 각 댐(저수지)의 붕괴 전과 후의 지형 단면을 여러 번 반영할 수 있는 모형을 개발함으로써 시간차를 두고 붕괴되는 댐(저수지)의 연속 붕괴를 해석할 수 있도록 하였다. 개발모형은 2002년 태풍 루사로 인해 실제로 붕괴된 저수지에 적용되었으며, 이 저수지들은 붕괴시 시간차이를 두고 붕괴가 이루어져 개발모형의 적용 유역으로 선택하였다. 저수지의 연속붕괴 모델링을 위해 지형자료로는 저수지 단면, 댐 제체 및 여수로 붕괴 단면, 하천 단면 그리고 홍수터 지형 반영을 위한 수치지도, 경계조건으로는 저수지로의 유입유량과 하류단 조위조건이 고려되었다. 그리고 태풍 루사 당시의 기록적인 강우를 반영하기 위해 연구유역 인근에 관측된 강우를 모형에서 하천 및 홍수터에서 고려할 수 있도록 하였다.

하천의 사행 및 합류 형상은 복잡한 나선 흐름을 발생시킨다. 그 중 이차류는 사행에 의한 편수위 형성과 횡단 압력의 불균형, 그리고 수심에 따라서 변화하는 원심력에 의하여 형성된다. 이러한 흐름은 주로 3차원 모형으로 재현할 수 있으며 이에 관련된 연구는 계속 이루어졌으나 3차원 모형의 구성과 사용에는 상당한 시간 및 노력이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 이차류의 영향을 수심적분된 2차원 모형으로 구현하고자 하였으며 이를 위해 이차류 연직 분포에 대한 기존 연구를 확인하고, 이러한 연직 분포를 표현할 수 있는 경험식을 3차원 모형인 FLOW3D를 통해 모의하고 개발하였다. 3차원 모형을 다양한 사행반경을 갖는 실험 사행수로에 적용하여 사행도에 따른 민감도를 분석하고 경험식을 개발하였다. 개발된 식은 2차원 수리해석 모형인 RAMS(River Analysis and Modeling System)에 적용되었다. RAMS는 수심 적분된 2차원 천수 방정식을 지배방정식으로 사용하는 수리해석모형인 HDM-2D를 해석엔진으로 사용하며, 이차류의 영향을 반영하기 위하여 개발한 수직분포 경험식을 분산 응력항 형태로 적용하였다. 모형의 적용성 확인을 위하여 사행 실험수로 및 합류수로에 모의를 수행하였다. 사행수로 및 합류수로는 실험 경계조건과 동일한 상류 입력 유량과 하류 경계조건을 사용하여 결과를 비교하였다. 사행수로 모의 결과 유속분포의 거동이 실험수로의 사행으로 인하여 2차류 효과로 주 흐름이 바깥쪽으로 기울어짐을 일부 재현하였다. 합류수로의 경우 기존 모형에 비하여 분산 응력항이 포함된 본 모형이 실측값에 근접하였는데 이는 이차류가 발생하는 영향으로 하류에 유속편차가 줄어드는 영향을 더 정확히 묘사한 것으로 판단된다.

하천은 크게 하도와 홍수터 그리고 제방으로 나눌 수 있으며, 국내에서는 다른 국가들과 다르게 대하천사업 이후 하천의 홍수터에 생태공원이나 체육시설 등과 같은 다양한 친수시설들을 조성하여 활용하고 있다. 하지만 최근 이상기후로 인해 홍수의 발생빈도 및 강도가 증가하고 있으며 여름철 집중호우에 의한 하천의 홍수위 상승은 이러한 친수시설의 침식과 퇴적 등과 같은 침수피해를 가중시키는 원인이 되기도 한다(Ku et al., 2013). 따라서 이와 같은 홍수피해를 예측하기 위해서는 홍수터를 포함한 복단면에서의 수치해석이 선행되어야 하며, 일반적으로 2차원 수치해석이 바람직한 것으로 제안되고 있다(Sato et al., 1989). 또한 하천에서의 2차원 수치해석 결과를 이용하여 침식과 퇴적에 관한 친수시설 안정성 평가 지수를 산정할 수 있으며, 산정된 지수를 통해 홍수터에서의 홍수피해를 예측할 수 있다. 다른 국가에서는 국내와 다르게 홍수터에 대한 활용이 거의 없기 때문에 홍수에 따른 홍수터에서의 위험도를 평가한 연구는 거의 없는 실정이며, 한국에서도 홍수터에서의 홍수위험도 평가에 대한 연구는 Song et al.(2016)이 다른 국가에서 활용하고 있는 제내지에서의 홍수위험도 평가 지수를 홍수터에 도입하여 실제 태풍에 의한 홍수위험도를 간접적으로 평가한 연구 정도가 대부분이라고 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 Einstein-Krone 공식(1962)을 이용하여 침식과 퇴적을 동시에 고려할 수 있는 Transient Erosion and Deposition Index(TEDI)와 Steady Erosion and Deposition Index(SEDI)를 개발하였다. 또한 개발된 지수를 실제 자연하천에 적용하여 태풍 사상에서의 산정된 지수를 통해 홍수터 안정성을 평가하였다.

하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 바닥전단응력은 매우 중요하다. 예를 들어, 호안 등 시설물의 허용 소류력을 계산하거나, 하천의 유사량을 예측하는 데 있어서 바닥전단응력이 기준으로 쓰인다. 정상 등류의 경우, 수로 내 수체에 작용하는 중력과 수로 바닥 및 측면에 작용하는 마찰력의 평형을 고려함으로써 바닥전단응력을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 식생을 제외한 아크릴수로에서의 전단판의 움직임을 이용한 바닥전단응력 측정장치를 설계, 교정 및 검증을 실시하였다. 이 전단판은 수체와 바닥면에서 발생하는 마찰력에 의해 변위가 발생하고 이 변위를 바닥전단 응력으로 산정하였다. 직접 측정한 바닥전단응력은 기존에 연구된 두 가지 방법과 비교하여 검증하였다. 비교 검증을 위한 실험은 폭 0.3 m, 길이 10 m인 고속수로에서 Froude수 1이상, Reynolds수 20000이상의 사류이면서 난류인 상태로 실험을 진행하였으며 유속은 PIV을 이용하여 측정하였다. 비교 검증을 위한 첫 번째방법은 Reach-avrage공식을 기초로 manning의 평균 유속 공식을 이용한 바닥전단응력을 산정하는 방법으로 일반적으로 간단한 경험식을 이용하여 바닥 전단응력을 산정하는 방법이다, 두 번째는 Reynolds stress를 산정하는 방법으로 PIV를 통해 흐름방향의 연직프로파일의 유속을 측정 한 후 레이놀즈 분해법에 의해 산정된 난류 강도를 측정하여 Reynolds stress를 산정한 후 Shear stress를 산정하는 방법을 사용하였다. 마지막으로 본 연구에서 가로 0.14 m, 세로 0.14 m의 전단판으로 구성된 바닥전단응력 측정장치를 개발하여 실험을 진행하면서 앞에서 언급한 두가지 방법을 측정하는 동시에 장치를 이용하여 바닥전단응력을 직접측정하여 총 3가지 바닥전단응력을 비교하였다.

하천 공학에 있어서 제방 월류에 대한 분석과 예측은 과거와 현재, 그리고 미래에도 치수측면에서 매우 중요한 요소이다. 이를 위해 복단면 수로의 단면을 세분하여 유량과 수위의 관계를 분석하여 왔으며, 최근에는 Lateral Distribution Method라 불리는 수치기법을 이용하여 주수로와 홍수터 사이에서의 난류특성이나 운동량 교환 등을 분석하기도 한다. 하지만 기존의 연구들은 제방을 넘어 월류한 경우의 흐름 특성에만 치중하고 있으며, 주수로 내에서의 흐름특성에 관한 연구는 미진하다. 하천은 표면 유출수와 지하로부터 제공되는 기저유출수로 구성되며, 주변 수리 수문 조건에 따라 그리고 물수지 변화에 따라 유출수와 기저유출수가 하천에 기여하는 바는 변화된다. 기저유출은 지표수의 양과 질에 지대한 영향을 미치고 있으며, 기저유출 특성은 수자원 관리를 위한 저수량(low-flow) 특성 평가에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 기저유출수 분리기법을 적용하여 단면관측 유량곡선으로부터 기저유출량을 산정하고, 또한 해당단면에 LDM기법을 적용하여 복잡한 형상을 이루고 있는 자연하천의 횡단면에서의 수위-유량 곡선을 실제 측정치와 비교하여, 기저유출이 하천에 미치는 영향과 정량적인 양에 대해서 알아보고자 한다.

최근 발생하고 있는 기후변화로 인하여 하천 및 저수지의 수질문제가 커지고 있다. 특히 여름철 부영양화로 인해 발생하는 녹조현상은 사회적인 문제로 과학적인 수질사고에 대한 예측과 관리가 필요한 실정이다. 수질예보는 정기적으로 하천 및 저수지의 수질을 예측하여 사용자에게 제공하는 분석기법으로 수질현황을 파악하고 수질을 관리하고 의사결정을 하는데 도움을 줄 수 있다. 수질예보에 사용되는 모형은 유역모형, 하천모형, 저수지모형이 있으며, 이중 하천 및 저수지에 주로 적용되고 있는 3차원 수리수질모형의 경우 격자의 개수가 많아 모의시간이 길어지게 되고 이로 인해 일일 수질 예보가 어렵게 된다. 3차원 수리수질모형의 모의속도를 개선하는 방법에는 하드웨어의 성능을 높이는 방법과 병렬화를 이용한 소프트웨어적인 방법이 있다. 이중 하드웨어의 성능을 높이는 방법은 컴퓨터의 사양을 높이는 방법으로 높은 비용이 소요된다. 하지만 병렬화 방법은 컴퓨팅 기술의 발전으로 멀티코어가 대중화가 된 최근에 코드의 적용만으로 모의속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 사용된 모형은 서호주대학에서 개발한 3차원 수리 수질모형인 ELCOM-CAEDYM 모형으로 적용된 병렬화 기법은 OpenMP(Open Multi-Processing)방법이다. 기존 직렬 컴퓨팅 방식으로 구성되어 한번에 한 개의 명령어 밖에 처리할 수 없었던 작업방법을 동시에 여러 개의 처리요소를 이용하여 명령을 실행할 수 있게 하는 방식이다. 하지만 CPU의 개수는 제한되어 있으며, Amdahl's law에 따르면 OpenMP방식의 병렬화시 속도개선효과는 95% 병렬화 프로그램에서 최대 CPU 개수의 제한이 없다면 20배 까지 속도향상이 가능하다고 하였다. 본 연구에서는 3차원 수리 수질예측 모형인 ELCOM-CAEDYM에 적용된 병렬화 기법을 적용하는데 있어 최적 CPU사용 개수를 파악 하고자 하였으며, 이를 통해 수질예보시스템을 운영하는데 가장 효율적인 방법을 찾아 적용하고자 하고자 한다.

1차원 Saint-Venant 방정식을 이용한 동력학적 부정류 계산모형은 하도의 지형과 흐름에 대한 물리적 특성을 잘 반영하고 있지만 하폭이 좁고 경사가 큰 하천에서는 해의 안정성 문제를 갖고 있기 때문에 홍수 예 경보를 목적으로 하는 하도추적 방법으로 항상 적합하다 할 수 없다. 본 연구에서는 이러한 동력학적 부정류 계산모형의 대안으로서 확산파 모형의 수치해법으로 볼 수 있는 Muskingmum-Cunge 모형을 남한강에 적용하여 분포형 매개변수를 추정하는 방법을 제시하였다. 먼저 남한강의 상류인 충주 조정지댐부터 여주 수위관측소까지 가용한 각각의 횡단면에 대해 최심하상고에서 제방고까지 다양한 수위를 가정하고 수면폭과, 통수단면적 그리고 동수반경을 계산한 후 Manning 식을 이용하여 유량을 산정한다. 이때 각 단면별로 유량에 대한 통수단면적과 수면폭에 대하여 회귀분석 방법을 이용해 단면별 매개변수를 추정한다. 추정된 매개변수를 Muskingum-Cunge 모형에 적용하여 상류로부터 하류까지 각 단면별로 하도추적을 수행한다. 계산된 결과는 HEC-HMS Musking-Cunge 모형과 첨두유량의 크기 및 무차원 RMS 등을 비교하였을 때 동력학적 모형의 계산결과에 잘 일치함을 알 수 있다.

복잡한 지형에서 컴퓨터를 이용한 물리적 기반 수치모의는 합리적인 시간내에 연산을 완료하기 위해 대개 큰 연산장비 들을 요구한다. 더욱이 모의되는 현상이 시간단계마다 갱신되어지는 동역학적 현상에 기반된 비정상상태일 때 연산성능은 고려되어지는 가장 중요한 주제가 될 수 있다. 연산 시간을 줄이기 위한 가장 널리 이용되는 전략중의 하나는 적절한 수의 프로세서를 이용하는 병렬 기법이다. 최근 들어 연산속도를 가속화하기 위해 다수의 코어를 이용한 OpenMP 와 MPI 기법들이 병렬해석기법으로 대두되었고 그래픽 연산장치를 이용한 병렬처리 해석기법도 소개되고 있다. 본 연구에서는 중앙연산장치를 이용한 병렬 해석기법을 이용하여 제내지 침수해석의 적용성을 검토하고 그 결과을 비교하였다. 본 연구를 위해 OpenMP 병렬기법을 이용하여 확산파 침수해석 프로그램의 원시코드를 재작성하여 가상 및 실제 유역에 적용하였다. 해석결과는 분산메모리 병렬해석 기법인 MPI를 도입한 모형의 결과와 비교되었다. OpenMP를 도입한 모형과 MPI를 도입한 경우 유량 및 수심의 경우 오차 허용 한계내에 수렴되어 만족되었으나 그러나 연산 속도의 경우 두 기법간의 자료의 저장 방법 차이로 인해 차이를 나타내었다. 가상 유역에 적용된 결과로 검토된 각 기법의 증속(speedup) 효과는 MPI의 경우 4 코어를 이용하였을 때 최고 2.62 배 정도에 도달하는 것으로 나타났다. OpenMP 를 적용한 경우 2.87 배 정도로 나타나 OpenMP 를 이용하였을 때 증속효과가 조금 더 뛰어났다. 이는 두 기법의 메모리 저장방식의 차이로 인해 자료의 전송량과 전송 시간이 적은 OpenMP 를 도입한 모형에서 MPI 모형 보다 상대적으로 뛰어난 결과를 나타내었다. 실제 유역의 적용을 위해 상대적으로 우수한 증속결과를 나타낸 OpenMP를 도입한 모형을 Malpasset 댐 붕괴 유역에 적용하였다. 적용된 요소의 수는 각각 45254, 11352 개로 비교적 많은 요소를 가진 하류지역에 적용하여 병렬효과를 극대화하고자 하였다. 적용결과 두 경우 모두 병렬 해석 기법을 도입한 모형에서 유속과 침수심 등은 순차적 모형과 동일한 값을 나타내었으나 증속효과로 인한 연산시간은 순차적 모형에서 8.57 배로 나타나 병렬 모형의 상대적으로 빠른 연산속도를 판단할 있었다. 위의 적용결과를 통해 계산 요소들이 많은 2 차원 해석의 경우 기존의 단일 코어를 이용한 순차적 해석은 장시간에 걸치 연산시간으로 인해 작업효율이 낮아지는 결과를 발생시킬 수 있으며 병렬 해석을 도입할 경우 주어진 컴퓨터 자원를 효율적으로 이용가능하여 합리적인 연산시간으로 연산결과를 얻는 것이 가능하여 반복적 통계 기법/Ensemble 해석 등을 이용한 종합적 해석이 좀 더 실용적으로 이루어 질 수 있을 것이라고 판단되었다.

2002년 아르헨티나발 글로벌 경제위기로 Suez Environnement의 수익성은 크게 악화되어 그 손실 규모가 약 21억 5천만 유로에 이르게 됩니다. 이에 Suez Environnement는 수익성 중심의 실리 경영을 위하여 실행계획을 수립 추진하였고, 그 성과는 성공적 이었습니다. 2002년 7.6%이었던 자본수익률(ROCE: Return on Capital Employeed)이 2006년 13.0%까지 상승한 것입니다. 그리고 2015년에는 서비스 인구 기준 글로벌 제1의 물기업으로 성장하였습니다. 다음 그림은 Suez Environnement의 실지 중심형 실행계획을 보여주고 있습니다. 이에 본 논고에서는 2015년 글로벌 물기업 순위 1위를 차지한 Suez Environnement의 성장 과정을 살펴봄으로써 그 시사점을 고찰하였습니다.

2015년은 국제사회 거버넌스 및 정책 패러다임에 있어 전환점(tipping point)을 맞는다. 2000년 국제사회가 인류의 빈곤 퇴치라는 삶에 가장 절대적인 개발목표로 2015년까지 달성해야 할 빈곤, 의료, 교육 등 사회 환경 현안에서 해결해야 할 단순명료한 목표를 제시하였다. 그리고 2015년 9월 UN 지속가능 세계정상 회의(World Summit on Sustainable Development, WSSD)에서는 지속가능개발목표(Sustainable Development Goals, SDGs)를 채택하여 2030년까지 전 세계가 경제성장, 기후 변화 등 경제적, 사회적, 환경적 측면을 통합적으로 고려하여 지속가능한 인간정주환경을 조성하자는데 합의를 마쳤다. 17개의 지속가능개발목표와 부속적으로 169개의 타겟이 설정되었으며, SDGs 안에서는 MDGs의 기조를 유지하면서, 인간의 권리 구현과 성평등, 여성과 어린이의 권리 신장 등을 포함하고 있으며, 기후변화와 예측이 불확실한 다양한 자연재난, 특히 물과 물 관련 재해가 빈곤 경감, 기후변화 대응, 인간정주의 모든 삶의 영역에 연계요소로 녹아 있다. 기후변화 적응과 물 안보, 특히 위기관리의 맥락이 내재되어 있는 2030년을 목표로 하는 국제사회의 Post-2015 개발의제에서 물 분야는 무엇보다 중요한 관심 분야로 부각이 되어 있다. 17개의 지속가능개발목표에서 SDG6을 "모두를 위한 물과 위생의 지속가능한 관리와 이용(Ensure availability and sustainable management of water and sanitation for all)"으로 하고 수자원관리 및 물과 위생 분야의 중요성을 전세계가 공감하고 함께 해결해 나가야 함을 강조하였다. 그러나 실질적으로는 물을 직접적으로 언급한 6번째 목표뿐만 아니라, 빈곤의 근절(SDG1), 기아근절과 지속가능한 농업의 증진(SDG2)을 비롯한 다양한 목표들에서 물 분야가 직접?간접적으로 연계 되어 있으며, 특히 기후변화의 영향으로 더욱 심각해진 물관련 재해로부터 리질리언스 확보 등, 지속가능개발목표의 전반적인 기조에서 물안보 확보를 읽을 수 있다. 물 분야에서 지속가능개발목표의 이행을 위한 노력은 국제사회의 물 문제 해결에 공동으로 대응하기 위한 글로벌 동반 성장 지원체계를 구축하기 위한 초석이 될 것이다.

최근 기후변화로 인한 수문기상학적인 극한 사상들은 점점 대형화되고 있고, 그 발생빈도 또한 잦아지고 있다. 인구의 증가와 급격한 도시화, 자산 가치의 증가 등으로 물과 관련된 재해로 인한 피해는 점점 더 규모가 커지고 있다. 홍수와 가뭄, 허리케인, 쓰나미와 같이 물과 관련된 재해는 그 영향을 받는 사람들의 수로 본다면 지구상의 재해 중 90%를 차지하고 있을 만큼 그 규모가 크다 할 수 있으며, 전세계적으로 물관련 재해로 인한 재산상의 피해를 약 1,000억 달러 규모로 추산하고 있는데, 2030년에는 그 현재의 두 배가 될 것으로 예측하고 있다. 이와 같은 재해로 인한 피해는 개도국이나 최빈국뿐만 아니라 관련 인프라가 잘 구축되어 있는 선진국 또한 예외는 아니다. 2015년 9월 UN 세계지속가능 정상 회의에서 각국의 수반들 또한 17개의 "지속가능개발목표(Sustainable Development Goals; SDGs)"를 채택함으로서 post-2015 아젠다가 세계를 지속가능하고 균형 있게 바꾸어 나가기 위해서 취해야 하는 가장 시급하고 필요한 과감한 혁신적인 조치임을 인식하였다. 재해경감과 지속가능개발은 2005년 채택된 "효고프레임웍(Hyogo Framework for Action) 2005-2015"에서 도 중요하게 다루어 졌다. 2015년 3월 제3차 세계재해경감대회에서 채택된 "센다이 프레임웍(Sendai Framework for Disaster Risk Reduction) 2015-2030"은 Post-2015 개발의제의 첫 번째 합의 결의안이라 할 수 있으며, 인명피해의 실질적인 감소와 재해에 의한 영향으로 피해 보는 사람들의 수를 줄이고, 경제적 손실과 대형 인프라 피해의 경감을 주요 타겟으로 하고 있다. 이와 같은 리질리언스의 중요성은 SDGs의 Goal 11인 "안전하고 지속가능한 도시와 정주지 조성(Make cities and human settlements inclusive, safe, resilient and sustainable)"에서 강조되고 있을 뿐만 아니라 다양한 골에서 재해로 부터의 리질리언스 확보에 대한 필요성을 강조하고 있다. 재해 위험을 경감시키기 위해서 국제적으로, 지역적으로 또는 국경을 넘어서는 협력 관계의 구축이 중앙정부나 지방정부를 비롯한 국가적으로 절대적으로 필요한 노력이라 할 수 있다. 특히나, Post-2015 개발 아젠다에 대한 기후변화와 재해경감을 위한 금융지원을 포함한 최빈국, 개도국, 군소 도서국가들과 중견국 선진국들의 양자간이나 다자간 협력 채널을 통한 역량 강화가 필요하다.

다이옥산, 페놀 등의 오염물질 유출로 인한 수질오염사고 발생시 사건 유형에 따라 단수로 인하여 국민들이 불편 겪거나 및 유해물질에 노출되는 등 안전성에 대한 우려가 있다. 본 연구는 수질 오염사고 발생시 댐 추가방류를 통해 위와 같은 문제를 해소하는데 기여하여 단수 등으로 인해 소비자들이 겪을 수 있는 불편을 방지하여 소비자효용의 감소를 줄이고, 안전성측면에서 수자원에 대한 소비자효용을 증가시키는 편익을 추정하고자 한다. 본 연구는 제주도 제외 전국 1,000 가구를 대상으로 한 일대일 개별면접 방식의 설문조사 수행하여 자료를 얻었고, 이 자료를 바탕으로 가구당 WTP의 대푯값을 추정하기 위해 KDI의 CVM 분석지침(2012)을 적용하였다. 수질오염사고 발생시 댐 추가방류에 대한 대푯값 WTP는 2,132.7(원/년/가구)로 추정되었다. 또한 추정결과 상수항 및 제시금액 항의 추정계수는 1.1451(t-값 5.83)와 -0.7286(t-값-5.54)로 모두 유의수준 1%에서 통계적으로 유의하여 설문조사가 제대로 수행되었음을 확인하였다. 국내에는 수질개선과 관련된 다양한 연구들이 존재하지만 댐 추가방류를 통한 수질오염사고 해소 편익 등과 특정사안에 대한 연구들은 존재하고 있지 않다. 따라서 본 연구의 분석결과는 수질 오염 사고로 인한 댐 추가방류의 가치에 대한 선제적인 연구로서 방법론적인 지침과 향후 수자원 개발 및 활용을 위한 정량적인 정보로 활용될 수 있을 것이다.

오늘날 물산업은 인구증가, 도시화, 시설투자 증가 등으로 연간 수천조원 규모의 물시장을 형성하고 있다. 2050년 세계 인구는 96억 명으로 증가가 전망되며, 특히 도시화의 속도는 더욱 가속화되어 2030년이 되면 도시화율이 60%에 이를 것으로 전망된다(UN, 2014). 인구증가, 도시화, 기후 변화 등으로 물시장 규모가 바쁘게 성장함에 따라 많은 국가 및 기업들이 물시장으로 진입한지 오래이며, 우리 정부 및 기업들 또한 지속적인 노력을 경주하고 있다. 다음 그림은 물 관련 투자 분야를 분류한 주요 4개 분야이다. 이에 본 연구는 문헌 분석을 통한 글로벌 물시장 트렌드 및 분야별 시장 전망 등을 살펴봄으로써 국내 기업의 보다 활발한 해외 시장 진출을 돕고자 한다.

GPS로 대표되는 위성항법시스템(GNSS : Global Navigation Satellite System)은 지구 주위를 돌면서 연속적으로 항법신호를 보내고 있다. 그 중 지구표면으로부터 반사되는 항법신호를 수신하고 해석함으로써 지구표면에 관한 정보를 취득할 수가 있다. GPS로 대표되는 항법신호는 L밴드를 사용하기 때문에 토양수분의 변화 등에 대한 반사강도의 감도가 비교적 높다고 알려져 있으며, 토양수분 측정 등에 사용할 수 있다. 뿐만 아니라 경량화, 소형화하기 쉬운 점, 능동적 마이크로웨이브 리모트센싱시스템(Active Microwave Remote Sensing System)과 달리 스스로 신호를 발사하지 않기 때문에 관측의 스텔스성(Stealth)dl 뛰어난 점 등의 장점을 가지고 있다. 또한 향후 10년 이내에 준천정위성(QZSS), Galileo, COMPAS, IRNSS 등 많은 위성항법시스템이 본격 운용되어 GPS와 함께 120기 정도의 항법위성이 항법신호를 송신할 예정이므로 이용 가능성은 크게 늘어날 것으로 기대된다.한편, 항법위성을 이용한 바이스테이틱 리모트센싱은 반사파의 강도가 상당히 미약하기 때문에 정량적 계측모델의 구축은 미미한 상태이다. 즉, 지상 타워에서의 관측, 항공기에서의 관측, 소형 위성에서의 관측 등이 수행되고 있으나, 타워관측과 같이 지상의 거의 동일한 장소를 계속적으로 관측하는 경우를 제외한 기존의 연구에서는 토지의 피복상황이나 토양수분 등의 상관관계를 제시하는 수준으로써 정량적인 계측방법은 아직 확립되어 있지 않다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 GPS위성으로부터의 항법신호를 이용하여 지구표면에 관한 정보를 얻는 바이스테이틱 리모트센싱(Bi-static Remote Sensing) 기술을 바탕으로 육지면과 해면의 판별에 신호특성이 어떻게 유효한가를 실험적으로 밝혔다. 이러한 기술은 토양수분 측정 등 수자 원인자를 추출하는데 유용할 뿐만 아니라 수면의 고도 측정, 해상풍 산출 등에도 응용 가능하다.

가뭄은 국민생활, 경제 등에 막대한 손실을 초래하며, 지역사회 공동체나 사회기능에 심각한 영향을 끼칠 수 있는 재해이다. 가뭄피해 최소화를 위해서는 단기대응, 복구지원 등의 사후대책에서 사전대비 및 예방으로의 정책 전환이 필요하며, 이러한 정책 수립을 뒷받침하기 위해서는 가뭄에 따른 정량적인 피해영향 평가가 우선적으로 필요한 실정이다. 가뭄은 그 지속기간이나 피해양상 및 영향범위 등에 있어 일반 자연재해와는 다른 특성을 지니고 있다. 우선 그 시점과 종점이 모호하고 다른 재해에 비해 장기간에 걸쳐 피해가 누적되며, 가뭄이 해갈된 후에도 장기간 파급효과가 나타날 수 있다. 또한 가뭄이 장기화 될수록 대형복합재난의 형태로 사회전반에 영향을 주기때문에, 영향범위를 설정하고 피해규모를 추정하는 것조차 쉽지 않은 것이 현실이다. 특히 가뭄으로 인한 제한급수, 단수 등의 상황에서 생 공용수의 부족으로 인한 국민생활과 산업의 피해규모 추정과 관련해서는 그 필요성에 비해 연구되거나 적용된 사례가 극히 드물다. 본 연구에서는 국가 가뭄정보분석센터에서 운영 중인 가뭄정보시스템을 통한 가뭄영향평가 정보 생성 및 제공을 위해, 가뭄 영향평가에 대한 국내 외 사례를 조사하고, 생 공용수에 대한 가뭄 피해액 추정 기법을 국민안전처, 국토연구원 등에서 수행된 연구사례와 일본의 갈수에 의한 감 단수피해액 추정기법을 중심으로 검토하였으며, 가뭄정보시스템 구축자료와의 연계 활용 방안에 대해 고찰하였다.

가뭄은 장기간에 걸쳐 기상, 수문, 유역조건 등 복잡하고 다양한 요소에 의해 영향을 받아 진행되므로 사전에 인지하고 판단하는 것은 매우 어렵다. 또한, 일단 가뭄이 진행되면 사회 경제적으로 피해가 막대하게 발생할 수 있기 때문에 가뭄이 발생하기 전 효율적으로 모니터링하고 사전에 대응하는 것이 무엇보다도 중요하다. 이러한 가뭄의 피해를 최소화하기 위해 미국에서는 20년 전부터 가뭄감시 및 조기경보를 통한 선제적 가뭄대응 체계를 구축하여 운영 중이지만 우리나라는 그간 '사후피해 최소화' 위주의 정책으로 가뭄에 대응해 왔다. 지난해 우리나라를 포함한 전 세계는 역사상 유례없는 강수량 부족에 따른 가뭄으로 많은 어려움을 겪었다. 이에 따라, 정부는 보다 현실성 있는 가뭄분석과 대응을 목적으로 지난해 11월 국가정책조정회의를 통해 '선제적 가뭄대응'을 위한 가뭄정보분석센터(이하 센터)를 K-water에 신설하였다. 그간 우리나라는 기상청에서 가뭄을 판단하고 예측하기 위해 강수량 또는 토양수분량 등을 활용하는 '가뭄지수'를 통해 가뭄에 대한 정보를 일부 제공해 왔다. 하지만 국민들은 생 공용수 부족 시 가뭄을 체감하게 되므로 '가뭄지수'에 근거한 가뭄 판단으로는 국민이 체감하는 가뭄을 제대로 표현하지 못하는 한계가 있었다. 따라서 '가뭄지수'에 근거한 가뭄 판단으로는 초기 가뭄대응 시 국민적 공감을 얻지 못할 뿐만 아니라 효율적으로 가뭄에 대응하지 못하는 결과까지 초래될 수 있어 우리나라 실정에 맞는 가뭄판단기준과 전망기준마련이 무엇보다 시급하다고 할 수 있다. 센터는 이러한 기존 '가뭄지수'가 갖는 한계를 극복하기 위해 생 공용수의 수급 불균형을 고려하여 우리나라 실정에 맞는 수원별 가뭄판단기준과 전망기준을 마련하였으며, 이를 기반으로 1월에는 충청 및 수도권 지역에 대한 가뭄정보분석시스템을 구축하였고, 3월부터는 전국단위로 확대해 가뭄 예 경보를 시범운영 중에 있다. 또한 센터는 1년동안 시범운영 기간을 거친 후 내년부터는 본격적인 대국민 가뭄 모니터링 및 전망 정보서비스를 제공할 예정이다. 향후에는 위성정보를 활용한 가뭄영향 평가와 가뭄에 따른 물환경 영향 평가 등으로 영역을 확장하여 가뭄 통합정보를 제공하고, 사회적 경제적 영향이 고려된 가뭄평가뿐만 아니라 물리적 기반의 정량적 예측을 지속적으로 추진하여 기후변화에 대응하고 국민과 함께 가뭄문제를 효과적 해결할 수 있도록 노력해 나갈 예정이다.

가뭄은 발생과정과 피해영향에 따라서 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제적 가뭄으로 구분되고 있다. 강수의 부족은 기상학적 가뭄을 발생시키고, 기상학적 가뭄이 지속되면 토양수분 부족으로 농작물의 피해를 가져오는 농업적 가뭄이 나타난다. 이어서, 지표 및 지표 아래의 수자원량이 평년수준 이하로 감소하면서 수문학적 가뭄이 발생한다. 이와 같이 다른 종류의 가뭄으로 가뭄이 변화하는 현상을 가뭄 전이(Drought Propagation)라고 한다. 강수량의 부족만으로 판단되는 기상학적 가뭄은 가뭄 상황의 판단은 간단지만, 체감으로 느끼는 가뭄과 차이가 존재한다. 수문학적 가뭄은 실제 물이용과 관련이 높아 효율적인 물 관리를 위해서는 수문학적 가뭄에 대한 정보가 필요하다. 하지만 수문학적 가뭄은 기상학적 인자들뿐만 아니라 수문순환과정의 영향을 받아 가뭄의 발생과정이 복잡하기 때문에 판단 및 예측이 어렵다. 본 연구에서는 가뭄의 전이관계를 도출함으로써, 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 발전되는 가뭄의 크기를 파악하고자 한다. 가뭄은 판단기준에 따라서 다양하게 정의될 수 있다. 본 연구에서는 기상학적 가뭄은 강우량으로, 수문학적 가뭄은 유역별 댐의 저수율, 유입량 및 지하수위를 활용하여 가뭄을 정의하며, 가뭄사상은 임계수준방법(threshold level approach)과 풀링기법(pooling method)을 수문기상 변수들에 적용하여 추출하였다. 수문학적 가뭄은 기상학적 가뭄이 발생한 이후, 가뭄 상황이 일정기간 지속되는 상황에 발생하는 결과가 확인되었다. 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄이 전이되는 현상을 바탕으로 기상학적 가뭄의 상황에 따라서 미래의 수문학적 가뭄의 변화 양상에 대하여 예측가능하며, 가뭄의 전이관계는 수문학적 가뭄의 예측을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

전 세계적인 이상기후 발생으로 인하여 많은 자연재해가 발생하고 있으며 집중호우로 인한 하천 관련 피해가 대부분을 차지하고 있다. 국내의 경우 국민안전처에서 발간한 2014 재해연보에 의하면 태풍 및 호우로 인한 피해가 전체 91.5%를 차지하며, 특히 공공시설에 대한 피해가 전체 피해 중 70%를 차지하고 이 중 소하천을 포함한 하천의 피해는 52.5%에 이른다. 이러한 하천피해를 추정하기 위하여 선진국에서는 이미 지리적, 환경적 특성에 맞는 침수심별 피해율에 대한 손상함수를 개발하여 예측 기상데이터를 기반으로 GIS 등과 연계한 피해추정시스템을 개발하였다. 본 연구에서는 공공자산 피해현황 조사 관련 기준/지침 및 가용자료를 검토하고 국내 외 공공자산 피해현황 및 인벤토리 조사를 통해 하천에서 발생한 피해자료를 수집 분석하였다. 기왕년 하천 피해를 바탕으로 피해 규모 예측을 위하여 강원도와 충청북도의 일부 시군을 시범지역으로 선정하였으며, 피해 발생일자의 사상과 하천의 특성을 반영하여 지방하천에 적용 가능한 지역 기반 손상함수 개발 및 활용 가능성을 평가하였다. 본 연구결과를 토대로 국내 시군 기반의 손상함수를 개발하여 전국적인 하천재해 발생에 따른 손상/손실규모 산정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

가뭄은 다른 어떤 기상재해보다 광범위하고 긴 시간에 걸쳐 큰 피해를 초래할 뿐만 아니라 많은 변수들이 복합적으로 작용하여 발생하기 때문에 그 발생 원인을 이해하기 힘들다. 따라서 가뭄에 의한 피해를 최소화하기 위해서는 중, 장기적인 가뭄의 예측이 필요하며, 가뭄을 예측한다는 것은 가뭄의 발생의 시공간 분포와 발생 원인을 정확히 이해하는데서 시작할 수 있다. 현재 우리나라는 기후변화로 인한 이상기후의 영향으로 마른장마, 봄 가뭄 등 이상가뭄이 빈발하고 발생되고 있으며, 90년 이후로 남부지역을 중심으로 겨울에서 봄까지의 가뭄인 횟수가 점점 증가하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 가뭄의 시공간적으로 분석하기 위하여 Terra의 MODIS 원격탐사 자료를 활용하였으며, 한반도를 대상으로 가뭄의 정량적 평가를 실시하고자 하였다. 본 연구의 성과는 제한된 관측정보를 통한 시공간 분석의 한계점을 가지고 있지만 가뭄 피해에 대한 현실적인 대책 및 적응전략 수립에 횔용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

본 연구는 가뭄 예측에 대한 오차를 알고리즘과 결합하여 다층 퍼셉트론 (Multi-layer Perceptron, MLP) 네트워크 구조를 인공신경망 모형에 적용하고, 표준강수지수(Standard Precipitation Index, SPI)를 입 력 및 출력 변수로 구성하여 가뭄예측을 시도하였다. 예측모델을 평가하기 위해 기상청 산하의 59개 관측소에 대한 1980년부터 2015년까지의 기상자료를 적용하였으며, 수립된 자료를 활용하여 한반도 전역의 가뭄에 대한 시공간적인 분석을 수행하였다. 단기가뭄 예측성능을 평가하기 위해 2000년에서 2015년까지 16년간의 모의결과를 ROC 분석을 통하여 시공간적 단기가뭄 예측성능을 평가하고 혼동행렬(Conversion Matrix) 구성에 대한 조건적 확률의 다각적 검토를 통해 모델 예측에 대한 정확성(Accuracy), 신뢰성(Precision) 등 다양한 예측성능에 대한 평가를 수행하고 2016년 가뭄전망을 제시하고자 한다.

가뭄은 장시간에 걸친 강수의 부족으로 발생하는 현상으로 2000년 들어 9번(2000, 2001, 2006, 2008, 2009, 2012, 2013, 2014, 2015)이나 전국적으로 심한 가뭄이 발생하는 상황이며 특히 2014-2015년의 가뭄은 지속기간이 더 길어지면서 그 강도도 더욱 심해질 것으로 전망되고 있다. 가뭄은 복잡한 자연 재해로 시작과 끝이 불명확하고 느리게 발전해 나가며 광역적으로 진행됨에 따라 시 공간적으로 정확한 판단이 어려우며 감지와 감시가 힘듦에 따라 위성영상의 활용성이 높아지고 있는 상황이다. 이에 본 연구에서는 가뭄의 시간적, 공간적인 규모 및 상황을 파악하기 위하여 기상, 위성 식생지수를 활용하여 2014-2015년의 장기 가뭄을 분석하여 위성영상의 활용을 평가하고 가뭄의 진행을 판단하고자 하였다. 가뭄심도를 파악하기 위해서 전국을 대상으로 MODIS DSI(Drought Severity Index)를 이용하여 SPI와의 상관성분석을 실시하였다. 본 연구의 분석결과를 통해 위성영상을 이용한 가뭄분석 연구에 활용 할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 우리나라에서 발생한 홍수 중 많은 관심을 불러일으킨 2010년 광화문 일대와 2011년 강남역 일대 홍수의 주요 원인은 하천관리를 통하여 대응해온 지금까지의 홍수와는 달리 도시의 우수배제 기능이 높은 강도의 강우에 대응하지 못한 것으로 분석되고 있다. 도시내부에서 발생한 이 같은 홍수는 도시의 기능에 심각한 영향을 줄 수 있으며, 거주민의 안전과도 밀접하게 연관된다. 본 연구에서는 도시의 기능과 거주민의 안전을 우선적으로 고려한 홍수 취약성평가 인자를 선정하고자 한다. 기존의 여러 홍수취약성 연구들에서는 취약성을 평가함에 있어 피해금액을 기준으로 적용하는 경우가 많이 있다. 장기적인 홍수대응, 완화 정책의 구상에 있어 예상되는 피해금액은 중요한 지표라고 볼 수 있다. 그러나 이 방법으로는 도시에서 발생 가능한 피해를 모두 반영하는데 한계가 있다. 도로, 지하철, 철도 등의 교통수단이 침수되는 경우, 피해회복을 위한 비용뿐만 아니라, 도시기능에 심각한 영향을 주어 도시의 생산성, 안정성에 막대한 피해를 남길 수 있다. 따라서 피해금액의 규모에 대한 접근만으로는 도시에서 발생한 홍수에 의해 피해를 받는 취약요인을 적극적으로 반영할 수 없다. 본 연구에서는 도시홍수 피해양상과 이에 대한 대응 방법 등 홍수의 물리적 위험성 뿐 아니라 홍수와 연관된 사회적인 요인들을 반영한 취약성 평가인자를 구성하기위하여 인자간의 인과관계 등을 고려하여 인자의 범위를 규정하고 델파이 설문조사와 문헌 연구를 통하여 전문가 의견을 수집, 분석하였다. 홍수취약성에 영향을 주는 요인들을 크게 3가지 그룹으로 정리하여 도시구조물, 거주민, 위험요인으로 구분하고 각 항목별로 영향인자을 선정하였다. 결정된 인자는 2011년 홍수피해가 발생한 도림천 유역에 적용하여 홍수취약성 평가를 수행하고자 한다.

전 세계적으로 발생하는 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도가 높아지고 있다. 이러한 자연재해는 사회 경제적으로도 많은 피해를 유발하고 있으며, 특히 물과 관련한 자연재해는 인류의 생존과 직결되는 문제가 된다. 이중에서도 가뭄과 관련한 연구는 진행 속도가 느리고, 가뭄의 진원지나 그 경로를 파악하기 어려운 문제로 인하여 다른 연구와 비교하였을 때 상대적으로 미흡하게 진행되어 왔다. 이러한 문제점 때문에 여타의 다른 자연재해에 비해 가뭄에 대한 예측 및 대책 마련 또한 쉽지 않은 실정이다. 이에 몬테카를로 모의를 통해 미래에 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 도출하는 확률론적 접근을 통해 좀 더 효율적이고 현실적인 대책 안을 마련할 수 있다. 본 연구의 목표는 기존 강우생성기와 증발산생성기를 결합한 일기생성기를 개발하고 이를 기후변화 시나리오에 적용하여 미래의 가뭄위험지수를 산출하는 것이다. 산출된 결과를 토대로 우리나라 전역에 대하여 준 실시간으로 갱신되는 미래가뭄위험도의 지도를 제작할 수 있다. 본 연구의 차별성은 첫 번째로 추계론적 접근을 통해 현재의 가뭄상태에 근거한 미래 가뭄에 대한 위험도를 예측할 수 있음을 들 수 있으며, 두 번째로는 지표해석모형을 활용하여 가뭄을 해석하기 때문에 유역 전반에 걸친 토양수분 뿐 만 아니라 국내 주요 댐 상류의 저수지 유입량의 불확실성을 정량화 할 수 있으며, 이는 기후변화에 따른 수자원 장기계획의 수립 및 의사결정에 있어 실용적인 정보를 제공할 수 있다.

본 연구에서는 증발산, 토양수분, 태양복사에너지, 식생 활동 등과 같은 수문기상인자들을 활용하여 새로운 가뭄 지수(Energy-based Water Deficit Index(EWDI)를 개발하였고 이는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)에서 제공되는 산출물들을 활용하였다. EWDI는 물의 순환과 탄소 순환을 동시에 고려하여 기존에 활용되는 다른 가뭄지수들보다 다양한 측면에서 가뭄을 분석할 수 있는 장점을 가지고 있으며 산정된 EWDI는 증발산 기반의 가뭄지수인 Stand-alone MODIS-based Evaporative Stress Index(stMOD_ESI)와 함께 시공간적인 변동성을 비교하여 전 세계적으로 가뭄 피해가 심각한 지역인 몽골, 호주, 한반도 지역에 대해 2000년에서 2010년까지 적용성을 파악하였다. 또한, 본 연구에서는 각 지수들 간의 상관관계를 파악하고 수문기상 인자들과 가뭄 현상 사이에 관계성을 파악하기 위해 Receiver Operating Characteristics(ROC) 분석을 수행하였다. 위에서 언급한 여러 분석 결과를 토대로, EWDI와 stMOD_ESI는 기존에 많이 쓰였던 가뭄 지수인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)에 비해 가뭄 상태를 더욱 잘 파악할 수 있는 것으로 나타났으며 EWDI와 stMOD_ESI가 광역적인 범위에서의 적용성이 높음을 파악하였다. 본 연구를 통해 수문기상학 및 수자원 분야에서의 인공위성을 활용한 가뭄 분석 연구의 기틀이 마련되길 기대해 볼 수 있다.

본 연구는 대규모 대기환경패턴 변화에 따른 극한 기후발생 및 극치 수문사상의 지역적 변동 특성을 분석하였고, 통계기법을 이용한 기후지수와 수문변량간의 원격상관관계 분석결과를 이용하여 한반도 중 장기 수문변량 예측의 가능성을 진단하였다. 또한 경남 지자체를 대상으로 다양한 통계예측모형(AR, MA, ARMA, ARIMA, VAR)을 구축하여 그 예측능력을 평가하고 적용성을 검토하였고, 중 장기 통합홍수위험 평가를 위한 인덱스를 개발하였다. 서로 다른 엘니뇨 시기별 홍수 위험도 평가결과 전형적인 엘니뇨(Cold Tongue El Nino)해에는 남해안 일부 지역(거제시, 남해군)에서 위험도가 높게 산정되었으며, 경남 북부지역에서는 위험도가 매우 낮게 산정되었다. 중앙태평양 엘니뇨(Warm Pool El Nino) 해에는 경남 남부 지역을 중심으로 홍수위험지수가 높게 나타나 중앙태평양 엘니뇨가 발달 시 경남지역의 홍수위험 발생 가능성 평년에 비하여 큰 것으로 분석된다. 또한 라니냐(La Nina) 해에는 경남 서쪽일부 지역(남해군, 하동군, 산청군)에서 통합홍수위험지수가 높게 나타났으며, 나머지 지역에서는 홍수위험도가 작거나 중간 값을 보이는 것으로 분석되었다. 본 연구는 중 장기적 관점에서 수자원 예측 및 효율적인 물 관리와 안정적인 용수공급에 도움을 줄 것으로 사료되며, 한반도 대상 특정 엘니뇨 해의 지자체별 홍수위험 취약성 평가에 활용이 가능할 것이다.

최근 도시유역의 홍수들이 빈번히 발생하고 있다. 2010년 2011년에는 서울 지역에서 연이은 도시 홍수피해가 발생하였고, 2015년 미국 South Carolina, 프랑스, 중국 지역에서 많은 홍수 피해가 발생 했다. 도시유역에서 홍수피해가 증가하고 있는 주요 원인은 기후변화로 인한 극한 홍수의 증가, 도시화로 인한 불투수면적의 증가, 배수관망의 통수능 부족 등이라 할 수 있다. 본 연구는 앞서 제시한 세가지 원인들 중 불투수면적의 증가 및 배수관망의 통수능 부족 부분에 대하여 기존 연구와는 다른 시각으로 접근하여 도시유역의 홍수유출 저감방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 서울의 신월 배수분구를 대상으로 첫 번째 불투수지역들 중 강우발생시 홍수유출에 직접적인 영향 미치는DCIA(Directly Connected Impervious Area)지역과 IIA(Isolated Impervious Area)를 분리하여 홍수유출 특성을 분석하였고, 두 번째는 배수 관망의 통수능 부족 문제를 해결하기 위해서 관망의 통수능을 증가시키는 방법이 아닌 홍수 유출을 저감할 수 있는 적정 배수관망 레이아웃을 산정한 후 이를 SWMM 모형에 적용하여 기존 배수관망 시스템과 적정 배수관망 시스템의 홍수저감량을 비교하였다. 마지막으로는 첫번째 방법과 두 번째 방법을 동시에 적용하였을 때의 홍수저감량을 검토하여 최적의 도시유역의 홍수유출 저감방법을 제시하고자 한다.

최근 증가하고 있는 기후변화에 의해 설계빈도를 상회하는 강우의 발생빈도가 증가하고 있으며, 이로 인한 도시유역의 내수범람 피해가 증가하고 있다. 도시유역에서 발생하는 침수 피해의 경우 인적 물적 자원이 집중되어 있는 도시의 특성으로 인해 침수로 인한 직접적 피해 규모가 상당할 뿐만 아니라 침수 발생 후 세균 및 박테리아에 의해 발생하는 수인성 전염병의 유행 등과 같은 2차적 피해 또한 심각한 사회적 비용을 초래할 수 있어 도시유역의 침수 피해를 저감시키기 위한 대책이 절실히 요구되어지고 있다. 도시유역의 침수를 예방하기 위한 대책은 구조적 비구조적 대책으로 구분되어 질 수 있으며 구조적 대책의 경우 침수 피해 예방에 직접적인 효과를 낼 수 있다는 장점이 있으나 대규모 사업예산 및 사업 기간으로 인해 직접적 효과를 보기까지 상대적으로 긴 시간이 필요할 뿐만 아니라 사업 진행 중 대상지역 거주민들의 민원으로 인한 갈등 조정 등으로 인해 사업실행에 어려움을 겪고 있다. 이러한 측면에서 비구조적 대책의 일환인 수치해석을 통한 침수피해 재현 및 침수원인 파악을 통한 구조개선 제안은 구조적 대책의 단점을 보완할 수있는 좋은 대안이 될 수 있다. 도시유역의 경우 비도시유역과 대조적인 차이점으로는 높은 비율의 불투수층, 복잡한 지형, 다수의 인공 구조물 및 배수관망 시스템 등을 들 수 있으며, 침수해석 모형의 정확도를 높이기 위해서는 복잡한 지형의 효율적인 처리가 무엇보다 중요하다. 일반적으로 이용되는 2차원 침수해석 모형들은 직교구조 격자 또는 비구조 격자를 이용하여 지형을 묘사하고 있으며 DEM 자료를 직접 사용하는 직교구조 격자의 경우 지형 데이터 생성이 상대적으로 쉽다는 장점이 있으나 복잡한 지형을 표현하기 위해서는 불필요한 지역까지 높은 해상도를 이용해야 하며 이로 인하여 모의시간이 지나치게 길어지는 문제점이 발생한다. 비구조 격자의 경우 상대적으로 복잡한 도시 유역을 잘 묘사할 수 있다는 장점이 있으나 격자망 생성에 필요한 데이터가 많고 격자망 생성에 지나치게 많은 시간과 노력이 소요된다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 위에서 언급한 두 가지 방법의 장점만을 취할 수 있도록 메쉬 세분화 기법을 이용한 2차원 침수해석 모형을 개발 하여 복잡한 지형은 고해상도 메쉬를 이용하여 보다 자세히 묘사하고 상대적으로 복잡하지 않은 지형은 저해상도 메쉬를 이용하여 계산시간을 단축시킬 수 있도록 하였다. 수치해석 기법으로는 엇갈림 격자를 이용하는 Leap-Frog 기법과 유한차분 (Finite difference Method)기법을 이용하였다.

돌발홍수는 수십 $km^2$ 이하의 유역에서 강우가 발생한 후 6시간 이내의 단시간에 홍수징후가 나타나는 현상으로 정의될 수 있다. 돌발홍수를 잘 예측하기 위해서는 국지적으로 발생하는 집중 호우를 잘 예측해야 하며 유역내 공간적인 수문반응해석을 통해 돌발홍수를 예측하는 기술이 요구된다. 본 연구에서는 유역내 공간적인 수문반응을 잘 모의하기 위해 TOPLATS 지표해석모형을 이용하였다. TOPLATS(TOPMODEL based Land Atmosphere Transfer Scheme) 모형은 물수지와 에너지수지를 통해 단위격자에 대한 실제증발산량, 토양수분량, 지하수면깊이, 지표유출량, 잠열, 현열, 지열, 순복사량 등을 모의하며 소유역단위로 지하수면깊이를 재분포시키는 특성을 가지고 있다. 돌발홍수 위험도를 산정하기 위해 실제 돌발홍수 피해사례를 조사하였으며 피해지역과 대응되는 격자 수문성분과의 상관성 분석을 통해 돌발홍수 위험도 모형을 산정하였다. 대상지역은 수도권 전체지역을 모의하기 위해 한강, 임진강, 안성천 유역을 대상지역으로 선정하였다. 수도권 지역은 약 11,930 km2이며 2009~2012년동안 총 38건의 돌발홍수 피해사례가 신고되었다. 기상자료는 기상청 AWS와 ASOS 시단위 강우, 기온, 상대습도, 풍속, 일조, 기압자료를 이용하였다. 돌발홍수 피해사례 38건에 대해 대응되는 모의격자의 수문성분을 분석하였으며 27(71%)에서 구조요청시점에 대해 강우량, 지표유출량, 토양수분량, 지하수면깊이가 적절하게 모의되는 것을 확인하였다. 강우조건에 따른 돌발홍수 위험도는 구조요청시점 기준 선행시간 4~6시간까지 71~87%, 구조요청시점으로 한정된 0시간에서는 42~52%로 나타났다. 이상의 결과로부터 지표해석모델을 이용한 격자 수문성분과 통계적 돌발홍수지수모형으로부터 산정된 돌발홍수 위험도는 산지 미계측지역에 대한 돌발홍수를 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

한반도 중부지방은 2014년과 2015년에 연이은 강수량 부족으로 많은 지역에서 가뭄 현상이 나타났다. 특히, 한반도는 여름철에 강수가 집중되는 몬순기후대에 속하기 때문에 여름철 강수량은 생활용수나 농업용수 확보 등 이수 측면에서 매우 중요하다 할 수 있다. 이러한, 한반도(남한)의 중부지역 가뭄을 유발하는 강수량의 부족 현상은 대략 5-10년(평균 7-8년) 주기로 반복된다. 그리고 이러한 10여년 주기 변동성과 더불어 예외적인 경우가 발생하고 매번 그 심도도 변화한다. 이러한 주기성을 우연이라 보기는 어려울 것이나 예외적인 경우나 심도를 가늠할 수 없다는 점(인과관계가 불분명하다는 점)에서 확정론적 현상이라 단정하기도 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 주기적 가뭄을 야기하는 강수량 변동의 원인을 지구물리학적 측면에서 추론해 보고자 한다. 가뭄은 인위적인 조건에 의해서도 발생하고 인과관계에 따른 정의도 다양하지만, 본 연구에서는 자연 상태에서 강수량의 부족에 의한 가뭄 조건만을 고려하였다. 강수과정은 지구의 물순환 운동에 의해 야기되고 지구의 물순환 운동은 지구의 역학적 운동 및 상호작용 관계에 의해 발생한다고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는, 지구물리 과정의 일부로 강수과정을 유발하는 지표인자로 SST와 같은 기후 인자에 대해 변동 주기의 상관성을 범지구적인 시공간 규모에서 검토하였다.

최근 들어 지구온난화 등의 환경적 요인과 지역별 온도차 등으로 인해 국지성 호우가 빈발하고 있다. 많은 양의 폭우가 좁은 지역에 집중적으로 비를 뿌리는 국지성 호우는 저지대 침수와 범람, 산사태, 축대 붕괴 등의 위험성 등을 증가시키며, 특히 도시지역은 개발로 인한 지표면의 포장 등 자연공간이 감소하여 개발 전 지표면의 유역 내 저류 및 지연효과가 현저히 감소하고 있다. 시가지의 확대와 도로포장 등 유역 내 불투수층의 증가로 홍수유출량과 첨두유출량이 점차 증가하고 있고 이러한 국지성 호우에 의한 피해는 점점 다양해지고 대형화 되고 있으며, 버스정류장 한 두개 정도의 거리에서도 호우형태가 크게 달라지고 있다. 하지만 영동지방의 경우 1개의 관측소가 $834.4km^2$, 낙동강 유역의 경우 $126.8km^2$로 간헐적으로 분포되어 있다. 많은 양의 폭우가 좁은 지역에 집중적으로 비를 뿌리는 국지성 호우를 관측하기 위해서는 고밀도의 면적강우량 산정이 필요하다. 본 연구에서는 차량용 강우센서를 이용하여 W-S-R 관계식을 개발하였으며, 대상지역인 삼척시내를 대상으로 면적강우량을 산정 하였으며, 실제 관측 면적강우량과의 비교를 통해 차량용 강우 센서를 이용하여 생산된 면적강우량의 효용성을 검토하였다.

가뭄은 홍수와 더불어 매우 심각한 자연재해이며, 그 특성상 광역적이고 장기간 발생함에 따라 구체적인 발생시점, 규모, 범위 등을 규명하기가 어렵다. 다만, 적시에 경보해야 하는 홍수와 달리 진행속도가 느리고 시간적으로 대처할 여유가 있어 진행중 일지라도 초기에 감지한다면 그 피해를 최소화할 수 있다. 미국 등 수문기상 선진국에서는 수문기상 장기예보자료를 활용한 가뭄전망정보 생산 및 제공하고 있으며, 활용성을 검증한바 있다. 국내의 경우 기상청에서는 대기-해양-해빙 모델을 접합한 GloSea5 (Global Seasonal forecasting system version 5) 모델을 도입하였으며, 가뭄예보를 목적으로 장기예보자료 기반의 가뭄전망정보 생산체계를 구축한 바 있다(기상청, 2012; 손경환 등, 2015). 본 연구에서는 장기예보자료 기반의 수문기상 전망정보를 이용하여 2014-15년 가뭄사례에 대한 가뭄감시 및 전망정보를 생산 및 평가하였다. 수문기상전망 정보는 기상청 현업예보 모델인 GloSea5와 지면모델을 이용하여 생산하였으며, 관측자료와 수문전망정보 기반의 가뭄지수를 산정하였다. 매스컴 및 언론 보도 자료부터 2014-15년 가뭄에 대한 행정구역별 피해사례를 수집하였으며, 이를 기반으로 시계열, 지역별 및 통계적(CC, RMSE) 분석을 이용하여 선행시간별 정확도를 평가하였다. 1개월 및 2개월 전망정보의 정확도가 높음을 확인하였으며, 가뭄심도가 심각한 시기의 가뭄상황을 적절히 재현하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 유입량의 불확실성을 고려하여 미래 저수량을 확률론적으로 예측하였다. 월별 유입량을 표본으로 한 확률밀도함수를 핵밀도함수(kernel function)를 이용하여 추정하고, 추정된 확률분포로 월별 유입량을 모의 발생하였다. 모의 발생된 유입량을 통해 연속적인 조건부 확률을 산정하였고, 이의 누적확률분포(F(x))는 해당 저수량에 도달하지 못할 확률, 즉 실패확률을 의미하므로 1-F(x)로 해당 저수량 이상을 확보할 수 있는 확률을 산정하였다. 보령댐을 대상으로 분석한 결과 2016년 2월 말 저수량 27.8 백만$m^3$ 기준으로 3월부터 6월까지 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 각각 2.3%, 12.5%, 24.2%, 33.5%로 나타났다. 지역적 가뭄에 대응하기 위해 하천유지용수 감량, 용수 대체공급, 자율 급수조정 및 금강-보령댐 도수로를 이용한 용수공급으로 20.6만$m^3/day$의 용수가 비축될 경우, 정상용수공급환원 기준 저수량을 만족할 확률이 10.2%, 40.3%, 73.8%, 78.7%로 용수비축의 효과가 크게 나타나는 것을 확인하였다. 저수량의 확률론적 예측을 통해 미래 저수량의 확률적 발생가능성을 추정할 수 있으며, 가뭄이 발생할 경우, 가뭄 대응효과를 정량적으로 나타낼 수 있어 가뭄 위험 상황 전달 및 용수공급조정 의사결정 시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 홍수의 특성과 피해 양상은 과거와는 다르게 변화하고 있으며, 급격한 도시화로 인하여 기존 하천유역의 저류 능력이 감소하였는데 이러한 한계를 극복하기 위하여 이미 외국에서는 대심도 터널을 활용한 홍수재해 관리방안이 오래전부터 활용되어 왔다. 본 연구에서는 현재 서울시에 건설중인 '신월 빗물저류배수시설' 연속강우 시 대심도 터널의 수리적 안정성 평가와 운영방안 수립을 위한 수리모형실험을 실시하였다. 모형은 Froude 상사법칙을 사용하여 원형의 1/50크기로 제작하였다. 모형의 전체 저류 가능량은 모형기준 $2.78m^3$ (원형 $347,778m^3$)이며, 터널 내 잔류수는 전체 저류 가능량의 0 ~ 100%까지 10%씩 변화시켜 실험 CASE를 선정하였다. 각 실험CASE별 수직 유입구 안정성 평가를 실시한 결과 터널 내 잔류수가 10%~80%까지 존재 할 때는 저지수직구1에서의 압축공기 폭발현상으로 인한 월류현상이 발생하였으며, 10%~40%까지는 저지수직구2에서 월류현상이 발생하였다. 하지만 고지수직구에서는 모든 CASE에서의 공기폭발 현상 및 월류현상이 발생하지 않아 유입성능 및 공기배출 성능이 충분히 발휘되고 있는 것으로 분석되었다. 또한 저지수직구1에서의 월류현상 발생 시점은 5분55초에서 3분42초까지 빨라졌으며 저지수직구2에서의 월류현상 발생 시점은 5분57초에서 4분57초로 빨라졌다. 이는 터널 내 잔류수량이 증가할수록 터널 내 만관시점이 빨라져 발생하며, 저지수직구1,2에서의 압축공기 폭발현상 및 월류 현상은 터널 내에서 발생한 반사파의 영향으로 판단된다. 차후 터널 내 반사파 발생에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 할 것이다.

전자파표면유속계는 대표적인 비접촉식 계측기기로 최근 유량조사를 위해 활발하게 활용되고 있다. 국내에서 사용되고 있는 전자파표면유속계는 평수기 저유속에서도 측정이 가능하고 편각 측정이 가능하도록 개발되어 한 측정 지점에서 다 지점의 유속이 측정이 가능해 평수기 홍수기에 비교적 적은 인원으로 빠른 시간에 유량측정이 가능하다. 하지만 국내의 경우 전자파표면유속계가 과연 얼마만큼의 정확한 유속을 측정하는지에 대한 분석이 다소 부족한 실정으로 특히, 실제 하천에서 정확한 분석은 수행되지 않은 상태에서 유량 측정에 사용되고 있다. 전자파표면유속계를 실제 하천에서 사용할 경우 발생 할 수 있는 오차의 요인으로는 교량과 같이 높은 지점에서 측정을 수행할 경우 측정영역(Footprint or Illuminated area)에 따른 오차가 발생할 수 있는 가능성이 있고, 동일 측정 지점에 대해 수직각과 편각에 변화에 따른 유속 측정 오차가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 개발된 Mutronics사의 전자파표면유속계(MWSCM; Microwave Water Surface Current Meter)에 레이저포인터를 부착하여 표면유속 약 0.5m/s ~ 1m/s의 자연 하천과 매우 유사한 실제 소하천 규모의 한국건설기술연구원 안동실험센터 직선하천에서 수직각(Tilt angle) 및 편각(Yaw angle)을 변화시켜가며 유속를 측정하였다. 그리고 측정된 결과를 활용하여 수직각과 편각의 변화에 따른 전자파표면유속계의 측정영역을 검토하였고, 동일한 측정 지점에 micro-ADV를 이용해 측정된 연직유속분포를 외삽하여 산정된 표면유속과 비교하여 전자파표면유속계의 측정 정확도를 분석하였다. 분석결과, 수직각(Tilt angle) 15도 이하에서는 유속 측정의 정확도가 떨어지는 것으로 나타났고, 편각(Yaw angle)이 커질수록 측정영역이 커지게 되어 변동 계수가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 전자파표면유속계의 측정 오차는 측정영역에 민감하게 반응하는 것으로 나타나 실제 전자파표면유속계를 이용한 유량측정 시 측정영역을 고려한 측정이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

하천원격탐사는 원격탐사의 하위 개념으로서 계측하고자 하는 대상인 하천이나 호소 수체에서 발생하는 빛의 반사, 복사 또는 방출되는 양을 획득하고 분석하여 수리량, 지형 등 하천 조사에 활용하는 기법이다. 일반적으로 원격탐사는 주로 위성영상 자료를 활용하여 수행되어 자료취득비용이 고가이고 해외 위성자료에 의존하여 시공간적인 해상도가 매우 낮아 유역에 비해 공간적인 규모가 작고 변동 시간이 짧은 하천에 적용하는 데 한계가 있어 왔다. 또한, 단순한 사진촬영으로 도출할 수 있는 정보에 한계가 있고 자료를 저장 및 분석할 수 있는 기법도 부족하여 하천조사에 원격탐사를 활용한 사례가 드물었다. 그러나, 최근 드론과 같은 운반체 기술이 획기적으로 개선되고 있고 다양한 영상촬영장비의 개발과 IT기술의 발전으로 인해 위성영상에 비해 시공간적 해상도가 매우 정밀한 자료를 저렴한 비용으로 획득 가능해졌다. 또한, 매우 조밀한 파장대로 세분된 빛의 세기를 측정할 수 있는 초분광 영상을 이용한 원격탐사기법도 하천과 같은 좁은 영역에 적용이 가능해졌다. 초분광영상은 가시광선 외에 자외선과 적외선 영역에 해당하는 반사광을 200개 이상의 조밀한 파장대로 나누어 측정할 수 있어 수리량, 하상, 식생 등 하천 수체와 관련된 정보를 조사할 가능성이 증가하였다. 본 연구에서는 하천 수체에서 취득한 초분광 영상을 이용하여 하천특성과의 상관관계를 규명하고 이를 통해 초분광 영상 기반의 하천특성 계측 기법을 개발하고자 하였다. 드론과 같은 항공영상에 적용하기 전에, 우선 지상에서 측정된 초분광 영상과 하상재료 및 수심과의 상관관계를 규명하여 초분광 영상의 하천조사로의 사용 가능성을 점검해 보았다. 폭 10m, 수심 1m의 저수심의 소하천에 적용한 결과, 초분광 영상의 표준화 및 패턴 분석을 통해 수중에 위치한 하상재료를 구분할 수 있었고 주성분분석 등을 통해 수심과 상관성도 일부 도출되어 하천조사에 초분광영상이 활용될 수 있음을 확인하였다.

일반적으로 수자원분야에서 사용되는 기초 자료 중 하나인 유량측정 성과는 설계홍수량 산정, 지점의 수위-유량 관계곡선식 산정 등 유역의 이 치수를 위한 설계나 장 단기 계획을 수립하기 위한 기초자료로서 사용되어지고 있으며, 2차원 및 3차원 수치해석을 위한 입력 자료로 사용되고 있다. 유량측정의 성과는 이렇듯 다양한 방면으로 활용되어지고 있는 반면 현재 국내에서는 측정의 성과에 대한 신뢰성을 나타낼 수 있는 지표가 제시되고 있지 않은 상황이다. ISO(International Organization for Standardization) 및 BIPM, IFCC 등 6개 기구는 공동으로 측정 불확도 산정 지침서(GUM, Guide to the expression of Uncertainty in Measurement, 1993)을 제시하였고, 최근 WMO에서는 GUM 표준안을 하천 유량 측정 불확도 산정방법으로 공인하고 있다(JCGM 100, 2008). 이에 따라 본 연구에서는 최근 유량 측정에 활발하게 사용되고 있는 ADCP의 유량 측정 성과에 대한 불확도를 GUM 표준안 기반으로 평가하고자 한다. ADCP의 측정 방법은 고정측정 방식이고, 유속-면적법으로 계산된 유량에 대한 측정 불확도를 평가하였다. 실험은 실규모에서 유량을 제어할 수 있는 건설기술연구원 하천실험센터에서 수행되었고, 사용된 유속 측정 장비는 SonTek사의 micro-ADV와 ADCP M9을 사용하였으며, ADV로 측정된 결과를 참값으로 가정한 후 실험 및 분석을 수행하였다. GUM 표준안 기반의 불확도 평가를 위해 사용된 관계식 및 불확도 요인들은 선행 연구들을 기반으로 하되, 본 실험을 통해 분석된 수치로 변경하여 최종적인 ADCP 유량 산정 불확도를 평가하였다. 본 연구에서는 고정측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과를 GUM 표준안에 적용하여 불확도를 평가하였으며, 추가적인 연구를 진행하여 일반적으로 사용하고 있는 이동측정 방식 ADCP의 유량 측정 결과에 대한 불확도를 평가할 수 있을 것으로 기대되며, 이러한 결과는 설계 홍수량 산정이나 수위-유량 관계 곡선식 산정 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서는 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 내배수 효율에 대한 성능평가가 필요하다. 하지만 현재 국내 펌프설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 구체적인 성능 평가 방법이 제시되어 있지 않은 실정이다. 만약, 펌프 흡입수조 및 흡입파이프의 형상이 적절하게 설계되지 못한다면 물이 파이프 입구로 부드럽게 흡입되지 못하고 볼텍스 및 스월이 발생하게 된다. 이러한 볼텍스 및 스월은 펌프 입구 쪽으로 물 뿐 아니라 공기를 함께 흡입시킴으로써 펌프의 효율저하, 소음, 진동을 발생시키며 펌프 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서 펌프를 설치하기 전 펌프 설치 후에 발생되는 펌프 흡입부 주변의 흐름특성 변화 및 흐름특성이 구조물에 미치는 영향 등을 고려하기 위하여 수리모형실험이 필요한데, 수리모형실험은 많은 시간과 비용이 들어가기 때문에 이를 대체할 수 있는 방안이 요구된다. 그런 이유로 최근에는 수리모형실험 대신 수치모의를 이용하는 경우가 많다. 수치모의의 결과는 수리실험의 결과와 비교, 검증을 거쳐 신뢰성을 얻는다. 본 연구에서는, 3차원 수치모형의 다양한 난류모델을 이용하여 흡입파이프로 물이 유입될 때 흡입부 내, 외의 수심 별 유속 변화를 분석하고, 그 결과를 이용하여 FLOW 3D 모형의 검증을 수행하였다.

소규모 하천에서의 평수기 유량 측정은 일반적으로 지점식 초음파 유속계, 프로펠러 유속계 등을 활용해 도섭법으로 측정된 유속 측정성과를 기반하여 유속-면적법으로 산정된다. 유속-면적법으로 측정된 유량 측정 성과는 횡방향 측선의 수, 수심방향 측점의 수, 측정 시간, 수심 등 제반 측정 인자에 의해 영향을 받고 유량 불확도는 각 인자 별 오차에 영향을 받는다. ISO 748 (2007)과 ISO 1088 (2007)은 유속-면적법 적용방법, 현장 측정 가이드라인, 불확도 인자 별 적용 요건에 따른 오차, 최종 유량 불확도 산정 기법을 제시하였다. 따라서, 국내외 유량조사 기관에서는 유속면적법을 적용할 경우, ISO에서 제시된 인자 별 오차 및 유량 불확도 산정 기법을 기반으로 유량 불확도를 산정해왔다. ISO 748과 1088은 다양한 규모의 실제 하천에서 관측된 자료를 기반으로 횡방향 측선 수, 수심방향 측점 수 (2점법, 3점법 등), 측정 시간 등과 관련된 인자 별 오차를 표로 상세하게 제시하였고 실무에서는 별도 추가 검증없이 사용해 왔다. 그러나, ISO에서 유속-면적법 유량 측정 불확도를 평가하기 위해 사용된 측정자료는 유량을 제어하기 힘들고 유속 측정 상황이 유출 조건 별로 상이한 현장 자료를 기반으로 하였고, 상대적으로 정확도가 낮은 프로펠러유속계를 기반으로 1960년대에 관측된 자료들을 주로 활용하여 도출되었다. 따라서, 본 연구에서는 기존 ISO에서 제시한 유속-면적법에 필요한 인자들의 오차를 정밀 실규모 실험을 통해 재산정하여 기존 ISO 748과 1088에서 제시한 인자별 오차의 적정성을 검증하고자 하였다. 이를 위해 흐름을 안정적으로 통제할 수 있는 건설기술연구원 안동 하천실험센터의 완경사수로(A2)에서 정상상태의 폭 7m, 수심 1m, 유속 약 1m/s의 흐름을 유지한 후, 유속 측정 정확도가 우수한 micro-ADV를 활용하여 공간적으로 매우 정밀하게 유속을 측정하고, 수심은 Total Station을 기반으로 흐름 발생 전에 정밀 측정하였다. 오차 분석 결과, ISO 규정에서 제시한 오차와 본 실험의 결과로 도출된 인자들의 오차는 상당한 차이를 보였다. 따라서, 본 연구 결과로 도출된 유속-면적법의 인자 별 오차는 실험이 수행된 소하천 규모의 하천에서 도섭법으로 산정된 유량의 불확도를 평가할 경우에 활용될 것으로 기대된다.

최근 기후변화 위기에 따른 대책으로 하천 유량 모니터링이 제시될 정도로 유량자료의 중요성이 확대되고 있다. 하천의 유량자료는 수자원개발 및 하천 방재의 중요한 기초자료로 이용되기 때문에 유량 산정 결과에 대한 신뢰도 즉, 측정 불확도를 정량적으로 제시하기 위한 연구는 오래 전부터 많은 연구자들에 의해 수행되었다. 1963 ~ 1970년에 영국 및 미국의 다수 하천의 유량 측정자료를 활용하여 국제표준화기구(ISO)에서 제시한 ISO 748이 대표적인 지침서이다. 현재 국내 유량조사 업무에서도 ISO 748의 측정 불확도 평가 방식을 이용하여 유량 측정 결과의 신뢰도를 제시하고 있다. 하지만 하천 유량조사는 현장 상황과 측정 인력의 경험 등에 따라 차이가 크게 발생할 수 있으며, 최근 첨단 센서를 활용한 유량 측정 기법들이 다수 개발되어 사용 중일 뿐만 아니라 측정 불확도 평가 체계를 GUM(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)으로 변화해가고 있는 추세 등을 고려하였을 때 기존의 ISO 748에서 제시한 유량 측정 불확도 평가 방법에 대한 재검토에 대한 요구가 증대되고 있다. 특히 국내에서 홍수 시 유량 조사 방법으로 가장 많이 사용하고 있는 부자법의 경우 ISO 748에서 제안한 방법으로 측정 불확도를 제시하고 있지만 실제적으로 현장 상황을 고려하지 못하고 있는 것이 사실이다. 예를 들어 육안으로 관측하기 어려워 부자의 유하거리를 직선으로 가정함에 따른 불확도를 포함하지 못하고 있고, 부자가 유하하는 동안 부자의 흘수가 일정하지 않음에 따른 불확도를 포함하지 못하고 있다. 특히 부자 투하 측선과 유량 측정 단면을 부자가 지나가는 측선이 다름에 따른 불확도는 반드시 포함되어야 하지만 고려할 방법이 없어 아직까지 반영되지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 부자를 이용한 유속 측정 불확도 산정에 있어서 그동안 ISO 748에서 정량적으로 고려하지 못한 불확도 인자들에 대하여 영상기법을 활용한 실험적 검토를 통해 정량적인 평가 기준을 제시하고자 한다. 이를 위해 실제 하천 규모의 흐름을 재현할 수 있는 안동하천실험센터의 직선수로에서 다양한 수리조건에 대한 부자를 이용한 유속 측정을 실시하여 측정 불확도를 산정하고자 한다. 본 연구 결과는 향후 부자를 이용한 유량 측정 불확도 평가 방법을 개선할 수 있고, 더 나아가 부자를 이용한 유량 측정 방법의 문제점을 개선할 수 있기 때문에 정확도를 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

매립공사시 매립토의 유실로 인한 공사기간의 지연, 공사비 증액 등이 발생할 수 있다. 이에 대한 정량적인 예측은 매우 중요하나, 그에 대한 연구는 상대적으로 미비하다. 본 연구에서는 매립토의 유실은 유입된 유사와 호안 표면의 유사가 흐름에 의해 공사구간을 빠져나간 양이라 정하였다. 매립공사에서 유실량의 산정은 매립물량 산정과 직결되며 이는 경제성 부분에서 매우 중요하다. 그러나 국내에서는 경험에 의존한 유실율을 기준으로 매립물량을 결정하고 있는 실정이고, 현장계측으로도 유실량을 정량적으로 판단하기 쉽지않다. 따라서 본 연구에서는 호안 주변의 흐름 특성을 고려한 매립토의 유실량을 정량적으로 평가하기 위한 방안으로 실험적 연구를 수행하였다. 수리실험은 길이 13.0 m, 폭 5.0 m의 직사각형 단면의 광폭 수로에서 수행하였으며 일정한 양의 유사를 유입하기 위해 자체 제작한 유사공급장치를 사용하였다. 매립토의 특성을 고려하기 위하여 일반모래($d_{50}=0.621mm$, SG=2.72)와 안트라사이트($d_{50}=1.547mm$, SG=1.61) 두 가지 유사를 사용하였고, 매립토 유실요인 중 흐름특성에 의해 외부로 유실되는 양을 보다 명확히 규명하기 위해 유사를 유입하기 전과 후의 양을 각각 직접 채취하는 원시적인 방법과 3D 스캔을 통한 방법을 이용하여 평가한 유실율과 비교 검토해 보았다. 두 가지 방법에 대한 상대오차는 최대 3.12%로 나타났다. 흐름조건에 따른 매립토의 유실율은 살펴보면 두 가지 유사 모두 한계유속(Vc)을 넘어서는 순간, 급격히 유실율이 증가하였고, 일반모래는 약 10 % 안트라사이트는 약 30%로 각각 나타났다. 향후 매립토의 특성인자의 영향을 명확하게 구분하기 위해 다양한 매립토를 활용하여 보다 많은 조건하에서 실험을 수행한다면 매립토의 유실량 산정의 정확성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

표면영상유속계는 영상분석을 이용하여 홍수시 하천 수표면 유속을 측정하는 비접촉식 유속측정장치이다. 때문에 안전하고 편하게 홍수시 유속을 측정할 수 있으나, 이를 위해서는 영상과 실세계와의 좌표변환을 위한 참조점 측량이 반드시 필요하였다. 좌표 변환에 8-변수 사영변환을 이용할 경우 최소한 4개의 참조점이 필요하다. 그러나 홍수시 참조점 측량은 불가능에 가까우며, 홍수전후의 측량도 매우 번거로운 일이다. 본 연구에서는 참조점을 이용하지 않고, 좌표변환 관계를 구성할 수 있는 카메라 모형(camera model)을 구성하였다. 여기서 카메라 모형은 실세계 좌표(world coordinates)를 영상좌표(image coordinates)로 변환해 주는 관계를 말한다. 이 카메라 모형에 필요한 외부 변수는 하천수표면과 카메라와의 높이 및 카메라의 두 가지 경사각뿐이다. 여기에 일반적인 카메라 보정에 이용하는 방법으로 구한 카메라 내부 변수를 결합하면 된다. 이 모형은 표면영상유속계 장비로 스마트폰을 이용할 때 간편하게 적용할 수 있으며, 별도의 경사계만 부착하면 일반적인 CCTV나 캠코더를 이용할 때도 적용할 수 있다. 이 카메라 모형과 종래 사용하던 8-변수 사영변환에 의한 좌표변환관계를 비교한 결과 상호간 오차가 거의 없이 적용할 수 있었다. 또한, 스마트폰 표면영상유속계와 열영상 표면영상유속계에 적용한 결과 종전보다 훨씬 적용이 간편하며, 정확도 또한 거의 차이가 없이 적용할 수 있었다.

스마트워터그리드(Smart Water Grid; 이하 SWG)란 현재 직면에 있는 물 부족, 물 안보, 물 복지 등 물에 대한 문제를 ICT 기술을 활용하여 물관리의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 융합 기술이다. 즉, SWG는 기존의 수자원 관리 시스템의 한계를 극복하기 위해 첨단 정보통신기술을 이용하는 고효율의 차세대 인프라 시스템으로 다양한 수원을 활용하고 물을 효율적으로 배분 관리 운송하여 수자원의 불균형을 해소하고, 첨단센서네트워크를 이용해 용수관리 전분야에 걸쳐 양방향 실시간으로 용수정보를 감시 대응하여 용수관리와 에너지 효율의 최적화된 메가시티(mega-city)에 적합한 지능형 물관리가 가능할 것으로 예상되는 시스템이다. 따라서 국토교통부 과제로 추진중인 SWG 연구단에서 개발한 스마트 워터 기술을 영종도 112 블록에 적용하여 지역주민의 물복지 향상 및 물 사용자에 대한 소비자 만족도를 높이는데 목적을 두고 데모플랜트를 구축 방안을 수립하였다. 영종도 112블록(인천 운서동 및 운북동 일원)은 인천 공촌정수장에서 해저관로를 지나 영종통합 가압장에서 가압 후 공항신도시배수지에서 물을 공급받고 있는 지역으로 면적은 $17.41km^2$, 인구는 약 17,000명, 물사용량 $8,000m^3$/일, 총관로연장 약 55km, 유수율이 겨우 73.2% 지역이다. SWG 적용성 평가를 위해 영종도 112 블록에 유수율 제고 및 운영비용 저감을 목적으로 데모플랜트를 구축하였다. 스마트 계측을 위해 스마트미터 469개(15~20mm), 디지털미터 172개(25~200mm), 누수유무센서 1개소, 다항목 수질측정기 1개소, 유량계 3개소, 수압계 5개소, AMI 시스템 641개 및 물효율 운영프로그램과 물정보 App서비스 기능으로 구성하였다. 물효율 운영프로그램은 실시간 수요량 예측, 배수지 운영에 따른 취수량, 송수량, 펌프 대수조합 및 운전스케줄링이 가능한 경제적 물공급 스케줄링, 관망상태 감시 및 제어(실시간 유량/수압 분석을 통한 누수분석) 기능이 탑재되어 통합운영센터에서 운영할 계획이다. 데모플랜트 운영을 통해 수자원의 효율적인 배분 및 공급, 유지관리 향상, 운영 비용 최소화 등의 결과를 바탕으로 신도시 및 기존도시의 물관리 정책수립에 활용할 수 있을 뿐만아니라 시간적 공간적 불균형 해소 및 물시장 발전에 크게 기여할 것으로 사료된다.

유역의 물수지는 기상인자, 지형, 토양, 식생 등 여러 가지 인자들에 의해 결정된다. 물수지 분포를 평가하기 위해 수문모형의 모의 시 필요한 수문요소 조건들을 정보화하게 되며, 동시에 토양수분의 특성, 강우 입력자료, 유역의 지형학적 특성들은 불확실성에 기인하는 요소로 작용한다. 이러한 수문모형 모의 시 불확실성을 제거하기 위해 모형 초기조건에 대한 다각적인 분석이 선행이 필요하다. 특히 토양수분은 대기와 지표 사이의 상호작용에 작용하는 중요한 수문기상학적 인자로 평가되고 있다. 토양수분 데이터 자료를 이용하여 강우-유출모형의 입력자료를 구축하여 실제 토양수분의 변동성을 파악하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 유역기반의 유출현황을 산정하기 위해 매우 유용한 초기조건으로 그 역할이 기대된다. 현장에서 관측하는 토양수분 데이터는 넓은 유역의 토양수분을 대표하는 자료로 사용되기에는 한계점이 있으며, 위성기반 토양수분 데이터는 원격탐사를 통해 획득되기 때문에 토양수분의 시 공간적인 변동성 파악에 용의하며 경제성 또한 높다. 이에 따라, 본 연구에서는 유역의 수문순환 분석을 하고, 위성기반 토양수분의 적용 가능성을 평가하기 위해 Aqua위성에 탑재된 Advanced Mircowave Scanning Radiometer Earth Observing System(AMSR-E)와 Metop-A의 Advanced SCATterometer(ASCAT)의 토양수분 데이터를 이용하여 강우-유출모델의 초기조건을 산정하였다. 또한, 이에 대한 검증을 위해 기존 강우인자 초기조건 및 지점에서 관측된 토양수분 초기조건 등을 비교하여 통계분석을 실시하였다.

도시 유역의 강우-유출 모의에는 지표 투수율 및 하수관거 영향 등 인위적 배수계통의 영향을 고려할 수 있는 도시유출모형이 널리 이용되고 있으며, 모형 검증을 통해 모의 성능을 평가한다. 도시유출모형의 검증은 일반적인 강우-유출 모형과 같이 강우사상별 유량의 관측시계열과 모의시계열의 목적함수가 최소가 되는 최적 매개변수를 탐색하는 과정이다. 도시유출모형의 검증에서 발생하는 문제점은 크게 다음과 같다. 첫째, 대규모 도시 유역의 복잡하고 다양한 하수관거에 대한 최적매개변수를 관거별로 구하는 것은 물리적으로 불가능하다. 따라서 동일 배수분구내 하수관거의 매개변수 값은 동일하다고 가정하거나, 모형 단순화 과정을 통해 매개변수의 물리적 범위 내에서 최적해를 탐색해야 하는 단순화에서 기인한 불확실성이 있다. 둘째, 다양한 매개변수들의 물리적 범위를 고려하기 위해서는 전역최적화기법이 유효하다. 그러나 전역최적화 종류, 목적함수, 모의횟수, 목표성능별 최적 매개변수 결과가 각각 다르므로 추정된 최적 매개변수의 범위에 대한 불확실성이 있다. 이에 본 연구에서는 Bayesian 모형과 EPA SWMM(Storm Water Management Model)을 연계하여 도시유출모형의 매개변수 불확실성을 정량적으로 분석할 수 있는 모형을 제안하고자 한다. 이를 위해 서울 우이천 유역을 대상으로 SWMM 모형을 구축하고, 절단 정규분포(truncated Gaussian distribution)를 사전분포(prior)로 가정하여 매개변수의 물리적 범위를 고려하였다. 최종적으로 결합확률분포로 계산된 각 매개변수간 사후분포를 통해 모의된 유출량의 불확실성을 정량적으로 분석하였다. 본 연구에서 제안된 모형은 대규모 도시 유역의 도시유출모형 구축 시 다양한 매개변수의 물리적 범위를 고려한 최적화와 동시에 내재된 불확실성을 정량적으로 분석할 수 있으므로, 침수예측 및 홍수예경보 등의 문제에서 상당한 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 전 세계적으로 이상기후로 인해 극한 사상의 기후현상이 잦아지고 있으며 그로인한 피해가 확산되면서 관심이 높아지고 있다. 특히, 국내하천의 경우 높은 하상계수를 가지고 있는 만큼 수자원보전에 취약하고 수질의 문제 또한 대두되고 있다. 4대강 중 하나인 낙동강에는 8개의 보가 설치되었고 유역에 안동, 임하, 합천, 남강, 밀양댐 등 다기능댐이 있어 댐의 방류량이 낙동강의 유량에 큰 영향을 미치고 있다. 낙동강의 유량 및 수질을 관리하기 위해서는 이러한 현황들을 반영하여 유역관리를 포함한 통합적인 유량 및 수질관리가 필요하다. 본 연구에서는 IPCC에서 제공하는 AR5 RCP4.5 시나리오를 분위사상법(Quantile mapping)과 CF 다운스케일링 기법을 사용하여 유역에 맞게 상세화를 수행하였으며, 검 보정을 거친 SWAT 모형의 입력자료로 사용하여 낙동강 유역의 본류 및 지류의 미래 유출량 및 오염부하량을 예측하였다. 낙동강 유역에서의 미래기후변화 시나리오를 분석한 결과, 비홍수기에 32.3%, 홍수기에 31.1% 증가하는 것으로 나타났고, 2041 ~ 2070년도에 6%까지 증가하였다가 2071 ~ 2100년에 0.4% 감소하였다. 미래기후변화 시나리오를 SWAT 모형에 적용한 결과로는 주요 8개 지류에서 비슷한 패턴을 보였으며, 위천과 남강에서 각각 최대 45.5%, 16.6% 유출량이 증가하는 것으로 나타났다.

여름철 국지성 집중호우 및 태풍으로 인한 피해가 빈번하게 발생하고 있으며, 산지가 많은 국내에서는 산지지역 뿐만 아니라 도심지에서의 토석류 피해 또한 급증하고 있다. 2011년 집중호우로 인해 서울시 서초구에 위치한 우면산에서 동시 다발적으로 많은 토석류가 발생하였고 이로 인해 많은 인명과 재산피해가 발생하였다. 규모면에서 보다 큰 토석류가 이전에 강원지역 등에서 발생하였음에도 불구하고 우면산 산사태가 사회적 관심을 일으킨 것은 서울 도심지에서 발생하였기 때문이다. 이러한 토석류로 인한 피해를 줄이기 위해서는 토석류를 유발시키는 강우의 해석이 먼저 선행되어야 하며, 토사유출모의 결과의 확산면적의 정확성이 중요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 도심권(서초구 우면산) / 비도심권(춘천 마적산)을 대상지역으로 선정하였으며, 분포형 강우-유출모형인 S-RAT을 이용하여 빈도별(30년, 50년, 100년, 200년, PMP) 토석류 유발 강우를 산정하고, 토석류 2차원 수치모형인 RAMMS를 이용하여 정량지수(Quantitative index)분석을 통해 최적의 매개변수를 산정하였다.

기후변화로 인한 집중호우가 빈번히 발생하고 있으며, 도시지역에서는 호우에 의한 침수피해가 더욱 빈번히 발생하고 있다. 인구와 건물이 밀집한 도시지역은 불투수율이 높아 호우 발생시 홍수 위험도가 커지고 있으며, 침수에 의한 사유재산뿐만 아닌 사회기반시설에 대한 피해도 증가하고 있다. 도시는 건물과 건물 사이로 도로 네트워크가 복잡하게 설계되어있다. 이러한 건물과 도로들은 투수성이 떨어지며, 지하공간과 건물들이 발달하여 유역지표면의 가하학적 형상이 매우 복잡하게 변화하고 있다. 도시지역은 저류 및 침투능이 부족하고, 지역의 특성에 따라 내수배제시설이 부족하여 우수관망에 대한 우수배제의 의존도가 높으며, 호우에 의한 침수와 관거 월류에 의한 침수피해 발생시 우수는 도로를 따라 저지대로 흐르며 침수지역이 넓어지게 된다. 이와 같은 도시지역의 침수를 예측하기 위한 침수해석에는 지형의 높낮이, 형상을 고려한 예측이 필요하다. 특히 건물 및 도로망이 복잡한 지역일수록 지형이 정교하게 고려되어야 한다. 지형이 적절히 고려되지 않은 침수해석은 침수예상지역을 다소 과대 또는 과소하게 나타낼 수 있고, 침수심을 제대로 반영하지 못한 결과가 도출될 수 있다. 건물과 도로가 밀집된 도시지역에서 이러한 문제가 발생할 경우 예상치 못한 지역에서 침수가 발생하여 피해를 줄 수 있으며, 이는 곧 인명과 재산피해로 이어지게 된다. 본 연구에서는 과거 침수피해가 있었던 도림천 유역을 대상으로 지형자료의 해상도에 따른 침수분석을 실시하였다. 우수관망과 도시지역의 유출모의에 적합하다고 알려진 SWMM 모형을 활용하여 LiDAR(Light Detection And Ranging), 10m DEM, 1:1,000 수치지형도를 활용하여 지형상세도의 변화에 따른 침수모의를 실시하였다.

토양유실에 영향을 미치는 기후 인자로는 강우, 기온, 바람, 습도 및 태양열 복사 등이 있다. 이들 중 강우는 토양침식에 직접적인 영향을 미치는 인자로 토립장의 이탈로 인한 토양침식을 유발한다. 토양침식을 예측하는데 있어 강우의 영향을 나타내는 지표의 설정은 매우 중요하다. 이러한 강우침식인자는 각 강우사상에 대한 강우에너지와 30분 최대 강우강도의 곱의 합으로 정의된다. 강우침식도를 정확하게 계산하기 위해서는 다년간 측정된 분단위 강우자료가 필요하며, 강우자료 획득의 제한과 강우의 분류 및 계산과정 등이 복잡하여 실무적으로 산정하기 어려운 점이 있다. 본 연구에서는 1분 상세강우자료를 이용하여 개정범용토양유실공식(RUSLE)의 강우침식도 R의 추정을 위해 2001년부터 2015년까지 15년간 전국 61개 기상청 관측소의 강우 자료를 수집하여 지점별로 새롭게 계산한 연 강우침식도 및 경험식을 산정하였으며 남한전체($99,720km^2$)를 대상으로 연 강우침식량의 공간분포맵을 작성하였다. 지점별 산정된 경험식은 연평균 강우량과 1분 강우자료로부터 산정된 강우침식도와의 상관관계로 회귀식을 도출하였다. 1분 강우자료로 계산된 강우침식도와 연평균 강우량의 상관관계로부터 도출된 경험식과의 결정계수($R^2$, determination coefficient)는 0.70 ~ 0.98로 높은 상관관계를 나타냈으며 또한, 기존의 국내에서 적용된 경험식과 비교하여 평균 $R^2$가 0.59에서 0.80로 실측값과의 정확성이 높게 개선됨을 알 수 있다.

최근 전세계적으로 발생하고 있는 이상기후 현상과 각종 개발 사업으로 인한 불투수면적의 증가로 극한 홍수의 발생빈도가 높아가고 있다. 특히 내수배제 불량으로 인한 도시지역의 침수로 매년 많은 인명과 재산상의 손실이 크게 증가하고 있으며, 홍수피해 저감 및 복구대책으로 많은 국비가 지원되고 있으나 아직까지 예방보다는 복구비에 치중하고 있는 실정이다. 국내에는 상습침수 위험지구가 점차적으로 증가하는 추세이며 이를 점진적으로 해소해나가기 위해서는 도시방재성능 목표 설정에서 목표강우량을 상향으로 설정할 필요가 있다고 본다. 이를 위하여 본 연구에서는 목표강우량을 상향 조정하여 침수해석을 실시하고 침수심을 기준으로 실제호우사상에 대한 침수심과 비교 검토하여 적정성을 확인하려고 한다. 또한 확률강우량의 시간분포는 도시별 유역 규모 및 유출특성, 강우강도 특성 등에 따라 상이한 결과를 보일 여지가 다분하여 실제 침수를 일으킨 강우와 가장 유사한 강우분포를 찾고자 한다. 기존 실무에서 주로 사용되는 Huff 분포와 함께 교호 블럭법, Huff와 교호블럭법을 혼합한 시간분포를 서울지역에 적용하여 대상지역에 적합한 시간분포를 선정하였다. 선정된 시간분포를 바탕으로 내수침수해석을 실시하여 그 결과인 침수심을 기준으로 상향된 목표강우량을 제시하고 도시지역의 적합한 설계강우의 시간분포를 도출하였다. 본 연구를 통해 도시지역의 적합한 강우 시간분포와 방재성능 목표를 설정하는데 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 이상기후로 인해 다양한 원인으로 홍수가 발생하고 있으며, 이에 대한 대책으로 가상의 강우 시나리오에 대한 침수예상도가 작성되어 해당지역의 주민들에게 정보를 제공하고 있다. 하지만 이러한 침수예상도가 나타내는 모든 지역에 대해 예산을 투자하여 대비를 할 수 없는 실정이다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 제방에 대한 수리학적, 지반공학적 위험도, 제방 자체의 성질과 특성을 반영한 취약도를 포함하는 제방 리스크 지도를 작성하여 외수범람에 대한 안전도를 등급화 하였다. 그 결과 침수예상도를 작성하는데 있어 제방 리스크 지도에서 등급이 높은, 즉 리스크가 높은 제방에 대한 재해대책을 수립하는 것이 효율적이다. 본 연구에서는 안성천 유역을 대상으로 제방 리스크 평가를 실시하고, 작성된 제방 리스크 지도를 바탕으로 제방의 붕괴 및 월류시나리오에 대해 1차원 외수범람 해석 및 2차원 침수해석을 실시하여 침수예상도를 작성하였다. 또한 기존의 침수예상도는 침수심에 대한 위험도만을 구분하여 나타내고 있지만, 본 연구에서는 다양한 요소에 대한 침수예상도를 제시함으로써 연구결과물이 재해예방 및 재해경감대책 수립을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

The natural hydrologic regime is intimately tied to the structure and function of stream and riparian ecosystems. Consequently, understanding the nature and extent of perturbations to the hydrologic regime, stemming from episodic-to-seasonal and longer-term climatic variations, as well as anthropogenic influences is an important starting point for developing an improved understanding of the coupled human-environmental systems. Herein, we pursued to explicate sensitivity of ecologically relevant flow metrics to climate variability and extremes in the five major river basins, Korea.

하천은 하천에 서식하는 동 식물뿐만 아니라 인간에게 매우 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 인간의 활동과 산업화에 의해 많은 인위적인 교란을 받고 있으며, 대표적으로 수자원의 이용/발전에 의해 건설된 댐과 저수지를 예로 들 수 있다. 이러한 댐과 저수지는 하천 상 하류간의 생태학적 단절을 초래하여 생물 서식처에 직접적인 영향을 미치고 있으며, 하류하천에 서식하는 생물들에 대한 영향을 고려하지 않고 건설되는 실정이다. 특히, 발전방류로 인한 급격한 유량의 변화와 온도의 변화는 댐 하류하천의 수생태계에 심각한 영향을 미친다고 알려져 있다. 특히, 댐에서의 온도 차이를 가지는 방류로 인해 국내에서의 운문댐, 보령댐 등 일부 댐에서는 벼 수확량 감소사례가 발생하고 있다. 본 연구에서는 댐 발전방류로 인한 수온의 변동이 하류하천에 미치는 영향을 파악하였다. 발전방류로 인한 하류하천의 수리분석과 수온 변화를 모의하기 위하여 CMS-Flow 모형을 사용하였다. 괴산댐 하류에 위치한 달천의 2.3 km구간을 대상구간으로 하였으며, 달천 상류에 위치한 괴산댐은 빈번하게 발전방류를 발생시키고 있다. 발전방류로 인한 수온의 변동이 하류하천에 미치는 영향을 분석하기 위하여 1년 동안의 발전방류 조건에 대하여 모의를 수행하였다. 봄, 여름, 가을, 겨울 총 4계절로 구분하여 발전방류로 인한 수온의 변동이 미치는 범위를 거리에 따라 분석하였을 때, 봄은 1.73 km, 여름은 1.92 km, 가을은 1.74 km, 겨울은 2.01 km까지 영향을 미치는 것으로 나타났다. 방류되는 수온과 하류하천의 수온 차이가 크게 발생하는 여름과 겨울의 경우가 봄과 가을에 비해 영향을 미치는 범위가 큰 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 댐 발전방류로 인한 하류하천의 수온 변화를 분석함으로써, 댐 하류하천에서 서식하는 생물들을 고려한 댐 운용 계획을 수립하는데 중요한 기초자료가 될 것으로 기대된다.

만곡부, 합류부 등의 복잡한 지형을 갖는 자연하천에서의 오염물의 혼합 거동에 대한 이해는 수자원의 관리에 있어서 매우 중요하다. 특히 하폐수처리장과 같은 처리시설의 방류수와 같이 연속적으로 유입되는 오염물의 경우 하천 생태계에 지속적인 영향을 끼치며, 이러한 방류수는 대부분 지류를 통해 본류로 유입되게 된다. 이러한 오염물질이 지류로부터 본류로 합류되는 초기구간(near-field)의 경우, 횡방향 및 연직방향의 혼합 거동에 대한 상세한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 금호강과 진천천이 좌안으로부터 합류되는 낙동강 중류 구간에서의 초기 혼합 구간의 연구를 위하여 전기전도도(electrical conductivity: EC)를 이용한 농도 추적 실험을 수행하였다. 수온, 전기전도도, 이온화 물질 등과 같은 자연 추적자(natural tracers)를 이용하는 농도 추적 실험은 인공추적자 물질을 이용한 실험을 대체할 수 있는 방안으로서, 기존 추적자 실험과 비교하여 경제적, 환경적인 효과와 하폭이 넓은 중규모 이상의 하천에서도 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 실험 구간에서 합류되는 2개의 지류 모두 인근 하폐수처리장으로부터 방류수가 연속적으로 유입된다. 본류에서 정해진 측선을 따라 센서가 설치된 보트를 이용하여 실시간으로 농도, 수리량 데이터를 GPS 위치 데이터와 함께 취득하였다. 실험 수행 결과, 지류인 금호강과 진천천의 EC 농도가 합류 전 낙동강 본류의 EC 기저농도보다 더 높은 값을 나타내었다. 이후 지류가 합류된 직후의 측선에서 측정한 EC 농도분포를 분석한 결과, 연직방향의 편차가 크게 나타나는 것으로 나타났으며 특히 유량이 낮을수록 연직 방향 편차가 커지는 경향을 보였다. 전반적으로 수심이 깊은 구간의 저층부로 갈수록 전기전도도의 값이 증가하는 경향을 나타났으며 흐름방향으로 진행됨에 따라 연직 편차가 줄어드는 경향을 보였다. 횡방향 혼합의 경우 지류의 유입으로 인하여 본류 좌안 쪽에서 전기전도도의 값의 상승을 확인할 수 있었으며 하류로 이동할수록 불균등했던 전기전도도의 분포가 횡방향 혼합을 통하여 균등한 분포로 전환되는 것으로 나타났다.

하천에서의 분변성대장균은 분변성 오염 정도를 나타내는 지표로서, 이 농도가 높을수록 오염된 하천수와의 접촉을 통한 호흡기, 소화기 및 피부 관련 질병의 발발 확률이 높다고 알려져 있다. 따라서 하천에서의 수영, 수상스키 등과 같은 입수형 친수활동을 할 때, 분변성대장균 농도가 농도 기준 이하인지를 확인하고 이러한 정보를 친수활동에 이용할 필요가 있다. 그러나 분변성대장균의 경우, 현재 자동수질측정망에서 측정되고 있는 다른 수질인자들과는 달리 실시간 측정이 불가능하다고 알려져 있다. 분변성대장균을 측정하는데 있어 최소 18시간 이상이 필요하며, 이러한 분변성대장균 측정 방식은 하천 이용자들이 안전한 친수활동을 영위하는데 있어 적절한 수질 정보를 제공하지 못한다. 그러므로 분변성대장균을 예측하는 모델을 개발하고, 이를 이용하여 실시간 분변성대장균 정보를 생성하여 하천 이용자들에게 제공할 필요가 있다. 본 연구에서는 친수활동이 활발하게 이루어지는 곳 중 하나인 북한강의 대성리 지점에 대해 데이터 기반 모델을 이용하여 분변성대장균을 예측하였다. 데이터 기반 모델은 물리 기반 모델에서 필요한 지형데이터나 비점오염원 등의 초기 오염물의 양에 대한 데이터를 필요로 하지 않고, 대신 독립변수로 사용되는 기상 및 수질데이터를 필요로 한다. 이러한 기상 및 수질데이터는 기존 기상관측소, 수질관측소에서 매일 자동으로 측정되기 때문에 데이터 기반 모델은 물리 기반 모델에 비해 입력데이터를 구성하기가 쉽다는 장점을 지닌다. 이러한 데이터 기반 모델 중 분류 모델은 회귀 모델과 달리 분변성대장균 농도가 일정 수질기준 이상을 넘는지를 바로 예측할 수 있다. 본 연구에서는 분류 모델 중 높은 예측력을 가진다고 알려진 랜덤포레스트(random forest) 기법을 이용하여 분변성대장균 예측 모델을 개발하였다. 분변성대장균 예측 모델은 주어진 기상 및 수질 조건에 대해 분변성대장균이 200 CFU/100ml가 넘는지를 예측하였다. 예측된 분변성대장균이 기준을 넘는 경우를 2등급, 넘지 않는 경우를 1등급으로 명명하였다. 모델을 개발하기 위하여 북한강 대성리 인근 측정소에서 2010년부터 2015년까지 측정된 기상 및 수질데이터를 수집하였다. 수집한 데이터를 훈련 및 검증데이터로 샘플링하였으며, 이 때 샘플링한 데이터가 기존 데이터가 가지고 있던 등급별 비율을 유지하기 위하여 층화샘플링을 하였다. 본 연구에서는 샘플링에 의한 불확실성을 줄이기 위하여 랜덤하게 50번 샘플링된 각각의 훈련데이터에 대해 모델을 개발하였다. 50개의 모델의 검증 결과를 종합한 결과, 전체 예측률은 0.139로 나타났다.

남강 권역은 5개의 단위유역으로 구성되어 있으며, 남강A, 남강B, 남강C, 남강D와 남강E로 명명되고 1단계 수질오염총량관리제도 시행 이후 유역 내 개발 등으로 인한 오염원이 증가하고 장기간 퇴적된 저니층으로부터 오염물질이 용출되는 등 수질의 자정능력보다 더 많은 오염물질이 수체내로 유입됨으로써 수질이 악화되자 수량확보 뿐만 아니라 남강의 수질관리에 대해서 관심을 가지기 시작하였다(GNDI, 2010). 남강 하류수계는 하상구배가 매우 완만하며 유속이 느리다. 따라서 물의 체류시간이 호수와 비슷한 양상을 보이고 있다. 더욱이 남강 하류수계는 주변의 도시와 농경지로부터 물의 소모량이 크기 때문에 하류수계의 물의 흐름이 더욱 완만해지고 이로 인하여 수질 악화가 가속화되고 수역의 영양단계가 점점 증가하는 부영양화현상이 발생되고 있다. 남강하류수계와 같이 부영양화 된 수계내의 미처리 된 영양염을 이용한 식물플랑크톤의 생산에 의해 자생BOD가 공급된다. 따라서 남강댐 하류지역과 같은 수리 수문학적 특징을 가진 유역은 수질관리를 위해서 특정 수역에 유입 BOD와 자생 BOD가 어느 정도 기여하는가를 정량적으로 파악한 후, 기여도에 따라 오염원인 물질을 줄이기 위한 수질관리 방안이 설정되어야 한다. 본 연구에서는 남강유역의 오염원의 기여율 분석을 위해 하천수질모델인 QUALKO2를 사용하였으며, 점오염원 뿐만 아니라 수질에 상당한 영향을 끼치는 비점오염원의 영향을 통합적으로 고려하기 위하여 유역 모델인 SWAT과의 연계방안을 제시하였다. 또한 모델의 연계 적용을 통해 산정된 내부오염원과 내부오염원의 기여율과 수질측정결과를 활용하여 분석한 기여도와의 비교를 수행하여 신뢰성을 확보하였다.

남강은 낙동강 주요 지류인 동시에 낙동강 하류지역의 유지용수, 생활, 공업, 농업용수 공급 등에 중요 역할을 하고 있어 오염원 및 수질관리가 매우 중요하다고 볼 수 있다. 최근 남강댐 하류 및 남강합류 후 낙동강 본류인 창녕함안보 지점에서의 녹조 발생이 빈번해지고 있으며, 녹조현상에 대한 관심과 우려가 높아지고 있는 실정이다. 따라서 기존 호소의 녹조관리는 '조류경보제'에 의해서 관리되고 있지만 4대강 16개의 보 건설 이후 '수질예보제'와 같이 녹조관리를 위한 제도 및 정책이 시행되면서 조류관리의 중요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 기존의 많은 문헌들을 참고하여 조류의 영향인자를 파악하였으며, 남강유역의 물관리 기초자료를 수집하고 구축된 데이터 기반의 각 항목별 주요항목 영향인자 분석을 위한 상관성 분석을 실시하여 영향인자별 상관관계 우선순위를 선정하여 입력변수로 이용하였다. 그에 따른 데이터 마이닝을 통한 조류 발생특성을 고려하여 예측 모형인 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)을 구현하였다. 회귀분석 과정에서 다중공선성이 발생하는 변수에 대해서는 모형에서 제거하였으며, 잔차분석을 통해 이상치와 영향치를 검토하여 고려하였다.

지난 수년간 4대강 살리기 사업으로 해당 하천은 16개 보로 막혔고 이로 인해 하천수위는 과거 대비 보상류지역은 높아지고 보 하류지역은 낮아졌다. 이에 따라 수문학적 관점에서 기존의 지표수-지하수 연계 특성에 많은 변화가 발생하였다. 이러한 특성 변화 등을 관측하기 위하여 4대강 사업 전, 후로 주요하천 주변 제내지에 지하수 관측정이 설치되었다. 본 연구에서는 4대강 주변 관측정을 대상으로 각 관측정의 지하수위와 지하수위 영향인자들 간의 상관관계를 분석하고, 관측정의 주요영향인자를 판단할 수 있는 지하수 관측정 평가방법을 제시하였다. 각 인자별 상관관계 분석은 피어슨 상관계수를 이용하였으며, 관측정 수위와 주요 영향인자(하천수위, 강우량)의 피어슨 상관계수가 0.7 이상이면 상관성이 높은 것으로 평가하였다. 낙동강 하천 주변 30개소 관측정에 적용한 결과, 10개소는 지하수위와 하천수위와의 상관계수가 0.70~0.93로 상관도가 높은 것으로 평가되었고, 20개소는 지하수와 하천수위와의 상관계수, 지하수와 강우량과의 상관계수 모두 낮은 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 대상 관측정의 모니터링 지속여부 결정, 목적에 맞는 대체 관측정 설치 등 향후 관측정들의 효율적이고 합리적인 관리를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

전 세계적으로 물과 관련된 자연재해 피해가 지속적으로 증가하고 있고 세계재난데이터베이스(EM-DAT)에서 집계한 물과 관련된 중요한 자연재해의 피해액은 지난 50년 동안 많은 투자에도 불구하고 여전히 피해액이 증가되고 있다. 특히, 우리나의 경우, 전 국토의 70% 이상이 산악지형으로 구성된 지형적 요인, 인구 및 사회기반시설이 집중되는 도시지역의 확대 현상, 빈번히 발생되는 이상강우와 강우강도의 증가 등으로 전국 곳곳에서 큰 침수피해가 반복적으로 발생하고 있다. 이러한 도시침수의 저감대책을 마련하기 위해 정부부처에서 도시계획적 및 방재차원에서 관련 정책을 제시하고 있지만 실무적 측면에서 실효성이 낮은 실정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 지자체 담당자의 업무부담을 줄여주면서 기술지원이 가능한 도시침수 위험도 관리시스템을 구축하고자 한다. 이에 따라 재해에 대해 평상시 위험도 정보를 기초로 시설투자, 개발계획 조정 등 사전대책을 마련할 수 있는 도시침수의 위험정도에 따른 지역 분석과 중점관리 대상지 선정 기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 재해통계자료를 토대로 전국 226개 지자체에 대해, 최근 8년(2008~2014년) 간 발생된 호우 발생빈도와 피해액의 관계분석을 통하여 도시침수의 위험지역을 분류하였다. 국가재난정보센터의 재난통계기록의 호우발생횟수와 도시침수에 대한 피해정도를 고려하기 위해 건물과 공공시설에 대한 피해액을 분석항목으로 적용하였다. 이에 대한 도시지역의 침수발생에 대한 중점관리대상지 선정을 위하여 각 행정구역의 면적계수를 적용한 뒤 분위분석을 실시하였다. 호우 발생빈도와 피해액에 따라 위험도가 75% 이상으로 도시의 침수피해가 가장 높은 지역, 50% 이상이며 75% 미만인 지역, 25% 이상이며 50% 미만인 지역, 25% 미만으로 위험도가 가장 낮은 지역으로 도시침수 위험지역을 상세 분류하고 도시침수에 의한 중점관리가 필요한 대상지 35개 지역을 선정하였다. 본 연구의 결과는 지역의 도시계획 및 방재 측면에서 도시침수와 관련된 저감대책을 고려 시 기초자료로 활용 가능하고, 지자체별 지원 규모 설정 시 적정 기준제시가 가능할 것이다.

기후변화의 영향으로 인한 자연재해의 대규모화에 따라 가뭄재해가 농촌지역에 중대한 피해를 끼칠 수 있는 여지가 확대되고 있다. 그러나 4대강 살리기 사업으로 인하여 대하천의 정비가 강화되었지만 농촌지역 주변의 중소하천은 여전히 기후변화에 취약한 현실이다. 농촌지역의 가뭄재해에 대하여 국가 및 지방자치단체, 공공기관이 효과적으로 대처하기 위해서는 농촌의 특성을 충분히 고려한 대응책을 마련하는 것이 중요하며, 이에 본 연구에서는 "자연재해대책법 시행규칙" 및 "재난 및 안전관리 기본법 시행령", 그리고 "농어업재해대책법 시행규칙"에 있어서 가뭄관련 조항의 개정을 제안하였다. "자연재해대책법" 제2장(자연재해의 예방 및 대비)에서는 풍수해(제2절), 설해(제4절) 에 이어 가뭄에 대한 예방 및 대비를 규정(제5절 29조-33조)하고 있다. 제29조는 가뭄방재를 위하여 필요한 조사 및 연구를 수행하여야 함을 규정하고 있는데, 여기서 '필요한' 조사 및 연구는 시행령 혹은 시행규칙 등을 통해 명확히 할 필요가 있으며, 제30조는 가뭄재해 극복을 위해 제한 급수 및 제한 발전 등의 조치를 취할 수 있다고 규정하고 있으나, 조치를 취함으로써 발생하는 손해 배상 규정의 삽입이 필요하다. "재난 및 안전관리 기본법" 제8조(다른 법률과의 관계 등) 2호에서 제3조1호 가목의 규정에 해당하는 재난(가뭄 포함)의 예방 복구 등에 관해서는 '자연재해대책법'이 정한 바에 따르도록 규정하고 있기는 하지만, 자연재해로 인한 재난에 대해서는 소극적 규정으로 판단된다. 그리고, 제4장(재난의 예방)에 있어서 재난은 제3조1호의 가목(자연현상으로 발생하는 재해), 나목(사회적 재해), 다목(국가기반체계와 관련된 재해) 각각의 경우에 따른 예방대책의 수립이 필요하다. 각 조항의 개정은 농촌지역 가뭄재해에 대한 정책활용을 염두에 두고 개정안을 제시하지만, 법령 자체의 목적 및 타법과의 정합성 등 대한민국 법체제의 통일성 및 안정성을 최대한 반영하였다. 해당 조항의 개정으로 농촌 및 농업지역의 특성을 반영한 다양한 가뭄대응 정책의 활용을 도모하고 가뭄재해로부터 안전한 영농환경이 구축될 수 있을 것이 기대된다.

물 부족 대응을 위한 대체 수자원으로 해수담수화 및 재활용수에 대한 개발이 급격히 증가하고 있다. 2030년까지 담수화 및 재활용수에 의한 물 공급이 약 300% 이상 증가할 것으로 GWI는 전망한 바 있다. 우리나라도 최근 충남 서부권 지역에 심각한 가뭄을 겪으면서 대체수자원으로 해수 담수화 개발에 대하여 본격적으로 논의가 이루어지고 있다. 해수담수화의 편익을 산정하기 위하여 2015년 12월 가뭄을 겪고 있는 충남서부권 8개 지역의 가구를 대상으로 조건부가치평가법을 이용하여 해수담수화 사업을 추진하는데 소요되는 비용과 이를 통하여 생기게 될 경제적 상황을 설명하고 응답자들에게 기꺼이 추가적으로 지불하고자 하는 금액에 대해 조사 및 추정하였다.

본 연구는 지난 12월(12월 10일 ~ 12월 23일) 충청남도 서부권 지역에 거주하는 가구(515개)를 대상으로 2015년 하반기에 발생한 가뭄으로 인한 물 소비 패턴을 조사하고, 이를 통해 해당 지역의 수돗물 소비 특성과 소비 구조에 미친 영향을 분석하였다. 우리나라 물 공급 상황, 가뭄의 심각성, 용도별 가구 내 수돗물 소비 실태와 수돗물 절약에 대한 인식 및 노력 정도를 조사하였다. 수돗물을 절약하고 있는 가장 큰 이유는 우리 지역의 가뭄 극복에 동참하기 위해서'가 73.2%로 가장 많았으며, 그 다음으로는 '수도요금 절약으로 가계 지출을 절감할 수 있어서'(55.9%), '정부의 물 절약 홍보'(52.4%) 등의 순으로 많이 나타났다.

수돗물에 대한 국민적 불신과 불안의 해소는 K-water의 정책목표로서 지난 10여년 동안 추진되어온 중점과제이다. 특히 수돗물에 불신으로 직접 음용하는 비율이 1~6% 내외에 불과하고 이로 인해 많은 사회적 비용이 발생하고 있는 것이 현실이다. K-water에서는 수돗물에 대한 오해를 불식시키기 위해 '14년부터 건강한 수돗물을 공급하는 스마트워터시티(Smart Water City, 이하 SWC) 구축사업을 시작하였다. SWC사업은 권역별로 거점 도시를 구축해 추진 중이며, 북부권(파주시, 송산그린시티), 중부권(세종시), 남부권(부산에코델타시티) 중 수도권지역본부는 파주시를 대상으로 시범 사업을 실시하였고 전국적 확산을 위해 2015년 '건강한 물 공급 확대 및 SWC 구축 중장기 계획'을 수립하였는데 2024년까지 총 2,940억원이 투입될 예정이다. SWC 사업의 지속적인 추진을 위해서는 충분한 재원의 확보가 뒷받침되어야 하며 수도 요금 인상요인도 발생할 것으로 전망되어 이에 대한 대응방안을 마련하는 것도 필요하다. 상수도 요금의 설정방법은 다양하지만, 본 연구에서는 SWC 사업이 위수탁대가 및 상수도 요금에 미치는 영향을 분석하고, "지불의사금액"(Willingness to Pay:WTP)과 함께 가계소득과 가계지출을 기반으로 한 수익자의 "지불가능금액"(Affordability to Pay : ATP)을 추계하여 적정 상수도요금 수준을 검토하고자 한다.

지구온난화와 그에 따른 기후변화로 수자원부족현상이 전지구적으로 나타남에 따라 세계 각국은 물부족 현상을 극복하기 위해 다양한 대처방안을 찾고 있다. 가상수 이론은 전세계적 차원에서 상품에 내재된 가상수를 통해 물을 공급하고 배분함으로써 물부족을 해결할 수 있다는 주장으로서 물부족현상에 처한 세계 각국의 관심을 끌고 있다. 특히 향후 국제적 수준에서 물거래에 대한 조치가 예상됨에 따라 이에 가상수가 국가간에 얼마나 어떠한 형태로 이동하는지 '가상수 이동'에 대한 정보가 필요하게 되었다. 그럼에도 불구하고 지금까지의 가상수 흐름에 대한 정보는 미국이나 일본 등을 중심으로 한 자료뿐이었다. 한국을 중심으로 한국의 관심사를 반영한 가상수 이동에 대한 연구결과는 충분하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 전세계적 수준에서의 가상수 이동추이를 한국을 중심으로 분석하도록 한다. 분석수준은 전세계적 수준과 국가간 수준이며, 분석기간은 1989년부터 2014년까지 총 26년이다. 분석 대상은 가상수 교역이 활발한 주요 16개국의 11개 농축산물이다. 분석을 위한 자료로는 UN과 세계식량기구의 자료를 활용해 데이터셋을 구축했다. 분석결과 전세계적 수준에서는 콩, 옥수수, 밀, 보리가 주요 가상수 수출입 품목으로 밝혀졌다. 시기별로는 1999년 까지는 밀의 교역이 압도적이었으나 1999년 이후 콩 가상수의 교역이 증가하고 있는 것으로 파악되었다. 가상수의 유형과 관련해서는 녹색가상수의 교역이 청색가상수보다 압도적으로 많았으며, 국가간의 가상수 이동량은 지속적으로 증가하고 있는 추세임을 알 수 있었다. 가상수의 주요 수출국은 미국을 비롯해 브라질, 아르헨티나, 호주 등 농업대국이 상위권을 차지했고, 주요 수입국은 중국, 일본, 한국 등 동북아시아 국가들이었다. 가상수 수출은 미국이 분석기간 내내 우위를 차지하나, 2000년대 이후 중국의 부상이 눈에 띄는 변화라고 할 수 있다. 가상수 수입과 관련해서는 2000년대 이후 중국의 가상수 수입 증가 추세가 두드러졌다. 국가간 수준의 분석에서는 한국과 미국, 한국과 중국, 한국과 호주 등 한국의 주요 가상수 교역국가간의 흐름을 분석했다. 국가간 수준의 분석에서 특기할 만한 점은 미국에서 한국으로 이동한 전체 가상수의 81퍼센트를 녹색가상수가 차지하며, 한국에서 중국으로 이동한 가상수의 74퍼센트가 축산물 가상수라는 점이었다. 본 연구의 분석결과를 기반으로 해 향후에는 가상수 이동 데이터베이스를 구축할 것이 요구되며, 가상수 이동추이의 변화가 가져올 시나리오에 대한 연구도 필요하다고 할 수 있다.

우리나라는 지역별 및 유역별로 강수량의 편차가 심하고 홍수기에 강수량이 편중되어 내리는 특징을 가지고 있다. 최근 몇 년간 발생한 이상기후에 의해 연평균 강수량이 크게 감소하였고 이는 겨울철에서 봄까지 용수이용에 많은 어려움을 주었다. 연중 안정적으로 물을 공급하기 위해서는 대량의 물을 저장할 수 있는 대규모 저수시설이 필요하지만 사회 환경적인 이견대립으로 이를 실행하기란 쉽지 않다. 따라서 구조적인 대책이전에 지역 및 유역의 특성을 고려한 실행단위의 수자원계획 수립과 평가할 수 있는 기반이 요구된다. 현재 국가 수자원의 안정적인 확보와 하천의 효율적 이용 개발 및 보전을 목적으로 수립되고 있는 수자원장기종합계획은 국가의 수자원정책을 반영하고 있으나 하천의 건천화, 수질부문에 대한 검토가 미비하고 수자원과 관련된 하위단위의 실행계획과 연계가 미흡한 실정이다. 국외의 수자원관리는 안정적이고 효율적인 수자원관리를 위해 통합관리체계를 도입하고 있으며 이에 하위관리단위인 유역단위에서 물과 관련된 많은 부분을 고려하여 통합관리를 위한 지침을 마련하고 있다. 지속적이고 안정적인 수자원 확보와 효율적인 이용을 위해 수자원 관리정책과 제도적인 틀을 마련하여 국가 및 지역의 수자원개발 및 이용계획을 지원하고 있다. 이러한 변화는 지금의 수자원이 미래에 사회 경제적으로 상당히 중요한 가치를 가진다는 것을 의미한다. 본 연구에서는 국내의 기 수립된 수자원계획과 국외의 수자원정책적인 부분을 살피고 국가차원의 수자원 관리를 지원할 수 있는 지역(유역관리)단위 계획수립과 이를 지속적으로 이끌어 갈 수 있는 중앙 정부, 지방정부, 시민단체 등과 같은 지역거버넌스의 협력적 관계조성을 기반으로 세부적인 부분에서 출발하는 수자원관리계획에 대한 필요성을 제시하였다.

지구온난화가 진행되면서 태풍, 홍수, 호우 등 기후변화에 기인한 재해의 피해수준이 심해지고 범위도 날로 확대되고 있다. 한국의 경우에도 집중호우와 그로 인한 침수피해 등 자연재해로 인한 피해가 늘어나면서 자연재해에 대응할 수 있는 재난행정에 대한 관심이 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 복합적인 양상을 보이는 재난에 효과적으로 대처하기 위한 행정체제에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 특히 재난행정이 오랫동안 발전해온 미국과 일본의 체제 각각에 대한 연구는 있어왔으나, 한미일 3개국의 재난행정체제를 체계적으로 비교하고 한국에 필요한 시사점을 도출한 연구는 많지 않았다. 따라서 본 연구는 한국의 행정체제의 발전에 오랫동안 지대한 영향을 미쳐온 미국과 일본의 재난행정체제를 분석하고 최근의 재난 양상과 관련해 한국에 필요한 시사점을 도출한다. 본 연구의 연구방법으로는 비교제도분석을 실시했다. 우선 선행연구 검토에 기반하여 재난행정체제의 비교분석에 필요한 비교틀을 구성하고, 분석틀에 기반해 한국, 미국, 그리고 일본의 재난행정체제를 비교한다. 분석결과 한국의 재난 행정체제는 미국 및 일본과 같은 재난행정의 선진국가와 비교할 때 재난관련 법률이 통합적이지 않고 분산되어 있어 상호중복 및 충돌의 소지가 있으며, 재난관리 단계에 있어서도 예방보다는 대응과 복구에 중점을 두는 것으로 나타났다. 또한 재난대응의 1차 책임소재도 불명확하며 민간네트워크도 재난에 효과적으로 대응할 수 있는 수준으로 발전되지 않은 것으로 드러났다. 이러한 문제점에 대한 개선방안으로서 미국과 일본의 재단대응체제으로부터 다음과 같은 시사점을 얻을 수 있다. 첫째, 기존의 분산되어 있는 기본법들을 통폐합하여 재난관리를 통합적으로 다루는 기본법을 제정할 필요가 있다. 둘째, 지방정부의 재난대응역량을 강화시키고 보다 많은 책임과 권한을 부여해야 한다. 셋째, 재난관련 기관들의 역할을 명확히 분담하고, 정보를 공유하며, 조정기제를 효율화하여 재난대응시 협업이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하여야 한다. 이를 위해서는 분산적인 재난관리체제를 통합적 성격의 체제로 전환해야 한다. 넷째, 주민단위 재난대응조직과 협력의 틀을 구축하여 민관네트워크를 활성화하여야 한다.

현재 전 세계적으로 지속적인 인구증가와 도시화 및 산업화 영향으로 물, 에너지, 식량의 수요증가와 공급부족이 예상되는 가운데, 급격한 기후변화와 자원고갈로 인해 이는 더욱 가속화되고 심화될 위기에 직면하였다. 특히 물의 수요는 증가하나 공급은 제한되어 있어 지속가능한 인류의 생존을 위하여 인간에게 꼭 필요한 에너지와 식량의 문제를 물을 중심으로 상관성을 찾고 효율적인 물활용 방법을 개발하고 정책화할 필요가 있다. 세계 물공급량 중 농업으로는 70%, 에너지로는 15%로 소비되고 있다. 또한 유럽과 미국은 발전용 냉각수로 각각 담수총량의 43%, 50%를 사용하고 있는 등, 세계는 물, 식량 그리고 에너지 수급의 불균형이 심화되고 상호 위기가 증폭되고 있다. 향후 인간의 삶에 절대적으로 필요한 세가지 자원이 복합적으로 연계되어 상호 위기가 증폭될 수 있는 실정이나, 우리나라는 개별자원에 대한 관리 및 운영기술은 상당한 수준이지만 아직까지 연계성을 고려하여 자원간의 효율성을 찾는 물-에너지-식량 연계(Water-Energy-Food Nexus, WEF Nexus)에 대한 관리 및 기술은 부족한 실정이다. 국제적으로 세자원의 연계상황이 선진국과 개도국간에 편차가 크고, 사막지대 등 자연조건이 열악한 지역에서 자원들간의 위기 연계성이 높은 상황이므로 우리나라도 물-에너지-식량의 연계위기 상황을 정확히 파악하고 미래 환경변화에 대한 대응방안 수립이 필요하나, 현재 국내 물관리에 있어 저수지나 수리시설 관리가 제대로 실행되지 못하고 있어 이를 방치할 경우 중장기적으로 식량 및 에너지생산에 있어 부족이 우려되고 있다. 또한 부처간의 행정적인 간격으로 물-에너지-식량의 연계성 연구 및 정책수립에 있어서 자료 등이 절대적으로 부족한 실정이기 때문에 체계적으로 빅데이터 기반의 DB구축 및 인벤토리 정의 등도 현재시점에서는 절대적으로 필요하다고 할 수 있다. WEF Nexus를 실현하기 위해서는 각 자원간의 효율성을 극대화하여야 한다. 과거에는 개별적 자원의 확보를 추구했다면 이제부터는 각 자원간의 상생을 통한 연계성을 확보하여 서로간의 자원 확보를 고려하여 개발하여야 한다. 이를 위해 현재의 자원확보에 대한 문제점들을 고려하여, 상호 연계를 통한 효율성을 확보하고 그 효율성이 각 자원에 영향을 주어 시너지효과를 발생시킬 수 있는 방안으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.

최근 지역의 발전으로 인한 도시화로 인해 수문순환에 많은 변화가 생기고 있다. 이와 더불어 기후변화로 인해 강우의 패턴이 변화하면서 연간 강우량은 증가하고 있는 추세로 나타나고 있다. 또한 무강우일수가 증가하여 강우가 특정기간에 집중되어 내려 도심지에서는 유출량과 첨두유량이 급격하게 증가하고 도달시간이 짧아졌으며, 지하로 함양되는 수자원이 줄어들고 있다. 이와 같이 변화하는 수문순환으로 인해 수자원 확보에 대한 문제가 발생하고, 2차적으로 지하수위의 저하 등으로 지반침하, 싱크홀 등의 피해가 발생하고 있다. 이와같은 피해를 방지하기 위해 최근 LID(Low Impact Development, 저영향개발) 등의 기법을 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 현재 도시화가 진행 중인 평택지역을 대상으로 지하수자원 관리를 위해 LID 기법 중 투수성 포장재를 적용하고 이에 대한 효과 분석을 Visual MODFLOW를 통해 진행한다. 각 지역의 효과 분석 결과로 TOPSIS를 이용하여 투수성 포장재 우선 적용 지역을 선정한다. 이를 통해 한정된 자원 내에서 우선지역을 선정하여 최선의 효과를 나타내도록 한다.

강수량은 농업과 수자원관리, 그 외 사회 기반 사업들에게 광범위하게 영향을 미치는 매우 중요한 기상요소이므로 강수량 관측자료는 사회전반에 활용되고 있다. 하지만 강수량은 공간적인 불연속성이 크기 때문에 조밀한 관측자료를 필요로 하고 있으며, 때문에 관측이 이루어지지 않은 미관측 지점의 강수량 자료를 복원하려는 연구도 계속 진행되고 있다. 관측자료를 이용하여 미관측 지점의 강수량을 복원하는 방법으로 지상 강수량 관측자료와 연직 상층기상자료 및 고해상도 지형자료를 이용하여 복원하는 정량적 강수량 진단 모형이 이미 개발되어 대한민국을 대상으로 강수량 복원이 이루어진 바 있다. 대한민국은 전국이 대략 10 km 정도로 비교적 조밀하고 일정한 지상 관측망을 가지고 있어 관측자료를 이용한 강수량 복원에 유리하다. 하지만 전 세계 많은 지역에서 강수량 관측자료는 매우 부족한 실정이며 가깝게는 북한과 중국에서부터 아프리카와 남아메리카 등 일부 강수량 관측이 전혀 이루어지지 않는 지역도 존재한다. 이러한 지역에 대한 강수량 복원 정확도에 대해서는 지금까지 연구된 바 없으며 관측자료 수에 따른 복원 민감도에 대한 연구도 이루어지지 않았다. 따라서 대한민국에 비해 관측자료가 부족한 지역에 대해 복원 정확도를 파악할 필요성이 있으므로 본 연구에서는 관측소 밀집정도에 따른 미관측 지역의 강수량 복원 민감도 분석을 하였다. 대한민국은 572개 지점의 지상기상관측망(자동기상관측장비 AWS 477개, 종관기상관측장비 ASOS 95개 지점)을 운영하고 있으며, 10개 지점의 기상레이더가 전국을 감시하고 있어 미관측 지점에 대해 검증자료로 활용할 수 있으므로 강수량 복원 민감도 분석 대상 지역으로 선정하였다. 강수량 복원 정확도 검증을 위해 강수량 복원자료의 격자점과 가장 근접한 관측지점을 검증지점으로 선정하고, 강수량 복원에는 검증지점을 제외한 관측자료만을 이용하였다. 관측자료 밀집정도에 따른 민감도 분석을 위해 관측자료를 100% 사용하였을 때와 일부만 사용하였을 때로 나누어 분석하였다. 관측소 밀집도에 따른 강수량 복원 정확도 민감성 분석을 통해 관측소가 부족한 북한, 중국, 아프리카 등지의 미관측 지점 복원 정확도를 추정할 수 있으며 관측소가 부족하거나 전무한 지역에서 강수량 복원 정확도를 늘리기 위해 필요한 관측소 수를 파악하는 데에 적용할 수 있을 것이다.

가능최대홍수량(Probable Maximum Flood, PMF)이란 대규모 수공구조물을 설계하고자 할 때 막대한 경제적 손실 및 인명피해 등을 막기 위해 기준으로 삼는 설계홍수량이며, 통계학적으로는 약 10,000년 빈도에 해당된다. 우리나라의 호우 특성은 방위, 진행방향 및 위에 따른 해석이 매우 복잡하여 강우를 정형화하기 어렵다. Kim and Won(2004)은 이동성 호우의 경우 강우의 깊이-면적-지속기간(Rainfall Depth-Area-Duration)의 분석결과에서 상당한 오차를 야기하는 문제점을 지닌다고 주장하였다. 따라서 오차를 포함한 DAD의 산정결과는 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP) 및 가능최대홍수량 산정에도 영향을 미치기 때문에 정확도 높은 DAD 분석을 통한 PMF 산정이 요구된다. 본 연구에서는 유역을 선정하고 각 지점의 시계열 강우 자료를 활용하여 공간분포화한 강우자료에 격자기반의 자동 강우장 탐색기법을 이용하여 DAD 분석을 실시하였다. 기존의 PMP 산정방법에서는 한반도 전역에서 발생했던 130 mm이상의 호우사상을 선정한 후에 각 호우의 범위에 있는 우량관측소의 강우자료를 이용하여 PMP를 산정한다. 그렇기 때문에 만약 상대적으로 긴 지속기간의 경우 호우의 범위가 우리나라 전역을 포함할 가능성이 크기 때문에 PMP 산정방법은 복잡하고, 기상이변이 잦지 않는 지역에서 산정된 PMP를 이용하여 PMF를 산정할 경우, 유역의 특성을 반영하지 않았기 때문에 과대산정의 우려가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 먼저 연구대상유역을 선정한 뒤, 유역 내에 발생했던 호우경보와 호우주의보를 기준으로 호우사상을 선정하여 DAD 분석 후 PMP를 산정하였다. 그 후, 강우-유출관계를 파악하여 PMF를 산정하였다.

수분 이용효율(Water Use Efficiency, WUE)은 식생이 흡수한 수분 중 증발산에 이용한 비율로, 육상생태계의 수문학적 순환 및 탄소 순환의 기능을 측정할 수 있는 중요한 지표이다. 또한 이는 특정 지역의 기후 조건이나 토지 피복과 같은 다양한 요인에 따라 변할 수 있다. 본 연구에서는 한반도에서 2010년부터 2014년까지의 기후 요인(강수, 기온)과 토지 피복에 따른 WUE의 변화를 살펴본다. MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 기반 총일차생산성(Gross Primary Productivity, GPP), 증발산량(Evapotranspiration, ET), 잎면적지수(Leaf Area Index, LAI)와 Willmot의 기상자료 등 대상지역에 대한 격자 자료를 사용한다. 구체적으로 숲, 초원, 농지와 같이 다양한 토지 피복 조건에 대한 월간 및 연간 WUE(=GPP/ET)를 산정하고, 이의 LAI나 기후 조건(강수, 기온)과의 관계를 분석하고자 상관성 및 요인 분석을 진행한다. 기후 조건 및 토지 피복 조건을 고려한 15년간 한반도에서의 WUE의 변화에 대한 분석은 앞으로의 수자원 관리 및 산림 정책에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

미계측 지역에서의 토양수분을 예측하기 위하여 조건부합성방법을 한반도에 적용하여 비교 분석하였다. 토양수분 자료는 농촌진흥청에서 제공하는 지상관측 자료와 GCOM-W1 위성의 Advanced Microwave Scanning Radiometer2 (AMSR2) 센서의 자료를 사용하였다. 위성관측 토양수분자료의 오차를 제거하기 위하여 지상관측자료에 정규화 하였고, 정규화된 위성관측 자료와 지상관측자료를 조건부합성 방법을 이용하여 합성하였다. 조건부 합성방법의 성능을 평가하기 위하여 leave-one-out 교차검증 방법을 사용하였고, 분석 결과 지상관측자료에 위성자료를 합성한 조건부합성방법이 지상관측자료만을 사용한 크리깅 방법에 비해 우세하게 나타났다. 또한 각 관측지점에서의 조건부합성 방법을 이용한 토양수분 예측 성능을 공간분포 시켜 지역적인 특성을 분석한 결과 관측소의 밀도와 지형적인 특성이 조건부합성방법의 성능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 원격탐사기법으로 관측된 토양수분 자료의 공간적인 특성을 고려하여 지상 관측 자료와 합성하는 것이 토양수분 공간보간성능을 향상 시킬 수 있다는 것을 의미한다.

최근 저해상도 기상자료를 바탕으로 한 단기간에 내린 폭우나 극심한 가뭄 등과 같은 국지적인 기상 예보는 한계가 있기 때문에 고해상도 기상자료에 대한 수요가 증대되고 있으며, 특히 지형이 복잡한 한반도의 경우 지형적인 영향을 고려한 고해상도 기상자료가 요구되고 있다. 하지만 현재 기상청에서 제공하는 남한 지역의 지상 관측 자료는 약 10km의 불규칙한 간격으로 분포하고 있으며 이는 복잡한 남한지역의 지형 특성을 고려하기에는 해상도가 낮아 상세한 기상 현상을 예측하기 힘들다. 또한, 북한의 경우 사용가능한 관측 자료가 부족하여 한반도 전체를 대상으로 한 기상 예보 및 기후 특성 분석에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 정량적 강수 예측 모형인 QPM(Quantitative Precipitation Model)을 이용하여 3시간 간격의 현재기후(2000-2014년)에 대한 한반도 지역의 1km 강우 자료를 복원하였다. 관측 자료가 부족한 북한의 경우 재분석 자료를 이용하여 1km 해상도의 강우 자료를 복원하였다. 이를 위해 몇 가지 특정한 강우 Case를 선별하였고, QPM 수행 시 필요한 강수, 상대습도, 지위고도, 연직 기온, 연직 바람장 등의 변수에 대하여 남한 지역에 해당하는 지점의 여러 재분석 자료와 실제 남한 지역의 지상/고층 관측 자료와의 비교 및 Correlation 분석을 통해 가장 적절하다고 판단되는 재분석 자료인 NASA에서 제공하는 MERRA Reanalysis data를 선정하였다. 또한, 소규모 지형효과를 고려하기 위한 상세 지형자료로 고해상도 지형 자료인 DEM(*Digital Elevation Model) 1km 자료를 사용하였다. 한반도의 강우를 복원하기 위하여 Barnes 기법을 이용하여 불규칙적으로 분포해 있는 강수량 데이터를 규칙적인 자료로 격자화 하였고, 격자화 한 10km 해상도의 자료를 QPM을 통해 복잡한 지형 특성을 고려한 1km 해상도의 강우 자료로 복원하였다. 또한, QPM의 모의 성능을 검증하기 위하여, 위에서 선별한 특정 강우 Case에 대하여 복원한 1km 강우자료와 200m 이내의 거리에서 겹치는 지상관측자료와의 비교를 통하여 모의 성능을 검증하였다. 본 연구를 통해 복원된 한반도 상세 강우 자료를 통해 통일을 대비한 기상, 농 수산업, 수자원 등 다양한 분야에서 활용 될 수 있으며, 국지적인 폭우 및 가뭄 등의 이상 기상 현상을 분석하는 데 참고 기초 자료로써 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 기후변화로 인한 기상이변이 빈번히 발생하면서 그로 인한 피해도 점점 증가하고 있다. 이를 최소화하기 위해서는 기후변화가 강수에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하며, 특히 강수의 기후변화를 고려한 장기적인 변동에 대한 예측이 매우 중요하다. 그 중, 기후변화로 인한 강수현상의 변화를 분석하기 위한 방법 중 하나로 강수 현상이 주변 기후 요소의 분포에 영향을 받는다는 가정 하에 기상인자를 통하여 강수를 예측하는 방법이 있다. 우리나라에 영향을 미치는 주변 기상인자들과 강수 간의 상관관계를 분석하여 상관관계가 높게 나타나는 기상인자를 통해 우리나라 강수량을 예측하면 장기적인 관점에서 강수 예측의 정확도를 높일 수 있다. 하지만 상관관계 분석에 있어서 강수 원 자료 와 기상인자간의 상관관계를 비교할 경우 원 자료가 가지는 큰 변동성으로 인해 정확한 상관관계 분석이 이루어지지 않을 가능성이 크다. 따라서 강수자료를 분해하여 분해된 요소별로 상관관계를 분석하여 분석의 정확도를 높일 필요가 있다. 다양한 자료 분해 방법중 경험적 모드분해법(Empirical Mode Decomposition, EMD)을 사용할 경우 자료의 분해에 있어서 주기성, 경향성에 따라 분해가 가능하며, 비정상성을 가지고 있는 시계열에 대해 효과적으로 분해가 가능한 장점이 있다. 본 연구에서는 30년 이상의 자료기간을 가지는 지점의 강수량 자료를 바탕으로 경험적 모드분해법을 이용하여 강수자료를 분해하고, 이를 다양한 기상인자와의 상관관계를 분석함으로써, 우리나라 강수량 변동과 연관이 있는 기상인자들을 선별하였다. 선별된 기상인지를 바탕으로 다중회귀분석을 수행하여 기상인자를 독립변수로 하는 강수 예측식을 구축하여 우리나라 강수의 예측 가능성을 살펴보고자 한다.

홍수범람지도는 치수 대책 수립 등 다양한 목적으로 국내 주요하천에서 작성되고 있으며 범람 구역의 정확도를 높이기 위한 노력이 다각도로 수행되고 있다. 최근, 공간적으로 매우 정밀한 LiDAR 측량 성과를 기반한 DEM을 이용하거나 2차원 혹은 3차원 수치모델링을 적용하여 범람지도의 정확성 및 적용성이 획기적으로 개선되고 있다. 또한, 범람구역의 불확도에 관련된 연구도 다수 수행되고 있다. 그러나, 이러한 성과는 정밀 DEM 자료가 가용하거나 치수의 중요도가 높은 국가하천 지역에 국한되고 있으며 중소하천을 포함한 국가 전체 홍수지도 작성은 여전히 제한적으로 수행되고 있다. 중소하천의 경우, 공간해상도 및 정확도가 낮은 DEM과 1차원 모델링에 기반하여 범람지도의 신뢰도가 여전히 낮은 실정이다. 또한, 홍수지도 작성 기법은 비교적 잘 알려진 상황이나 작성 과정은 상당한 시간이 필요한 작업으로 지도 작성 시 실무에서 많은 비용과 시간이 소요되고 있어, 결과적으로 중소하천을 포괄한 홍수범람지도 작성에 장애요인으로 작용하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존 하천기본계획에서 확보될 수 있는 하도단면 측량 등 표고 측량 성과를 활용하여 공간 해상도가 상대적으로 낮은 DEM을 정교화 및 상세화할 수 있는 개선기법 및 복잡한 범람지도 작성과정을 자동화하여 작성 소요시간을 현저히 줄일 수 있도록 하는 GIS 기반의 홍수범람지도 작성 자동화 툴을 개발하였다. 개발된 GIS 기반의 자동화 툴은 AIM(Automated Inundation Mapping tool)로 명명되었으며 ESRI사의 ArcObjects를 활용하여 개발되어 ArcGIS 기반으로 운영되며 현재 HEC-RAS 홍수위 자료가 입력자료로 작동되도록 설계되었다. 개선된 DEM과 AIM은 시범적으로 제주도 한천 하류에 적용되었으며 2007년 태풍 나리 시 발생한 범람흔적도와 비교했을 때 기존 방식에 비해 범람지도의 정확도와 작성시간(10초 가량 소요)이 상당부분 개선되었다.

최근 전 세계적으로 이상기후가 발생하고 있으며, 국내에서도 과거에 경험하지 못했던 자연재해가 빈번하게 발생하고 있는 추세이다. 가뭄은 홍수와 더불어 그 피해가 가장 큰 자연재해 중 하나이며, 장주기적이고 광역적으로 발생함에 따라 구체적인 발생시기, 장소, 원인을 파악하는 것이 어렵다. 그동안 국내에서는 가뭄극복을 위해 다양한 대책을 마련해 왔음에도 불구하고 가뭄피해는 지속적으로 증가하고 있다. 실례로 2014~2015 가뭄으로 소양강 댐은 역대 최저수위를 기록하였으며, 일부 지역에서는 제한급수, 농업용수 부족 피해가 발생한 바 있다. 이처럼 가뭄으로 인한 피해는 기후 변화의 영향으로 더욱 빈번할 것이라는 보고가 있어 가뭄해석을 위한 지속적인 노력이 필요하다. 가뭄해석에는 일반적으로 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격, 누적심도 등을 사용하며, 이를 가뭄특성인자라고 한다. 따라서 본 연구에서는 인위적인 시설물의 영향을 배제한 자연가뭄지수(Natural Drought Index, NDI)를 이용하여 국내 5개 행정구역의 지역별 가뭄특성을 분석하였다. 자연가뭄지수의 산정을 위해 입력자료는 3개월 누적강수량, 누적유출량, 평균토양수분량을 사용하였으며, 강수량은 국내 ASOS 59개 지점 자료, 유출량 및 토양수분량은 지표수문해석모형의 결과를 이용하였다. 가뭄특성 분석기간은 1977~2012년이며, 가뭄특성인자는 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격을 활용하였다. 과거 가뭄피해사례와, SPI, SRI, SSI 및 NDI의 가뭄특성인자를 비교하였으며, 정량적 비교를 위해 평균오차, 평균절대오차를 사용하였다. 가뭄특성인자 분석 결과 NDI는 가뭄의 시작과 끝을 가장 정확하게 반영하였다. 가뭄의 지속기간은 NDI, 발생간격은 NDI와 SPI가 정확한 것으로 나타났다. 자연가뭄지수는 단일변량 가뭄지수에 비해 지역적 가뭄특성을 정확하게 재현한다는 점에서 추후 가뭄감시에 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

지구온난화에 따른 전 세계적 급격한 기후변화로 인하여 자연재해가 발생하고 있으며, 우리나라에서도 매년 태풍을 동반한 집중호우로 지역별 피해가 속출하는 등 자연재해로 인한 많은 인명피해와 경제적 비용의 부담률이 증가하고 있다. 국민안전처에서 발간한 재해연보에 의하면 10년간 전체 종목 중 공공시설물들의 피해액이 매년 비교적 가장 높은 비율을 보이고 있으며, 공공시설물중에서도 하천과 소하천의 피해가 최근 5년(2010~2014년)간 평균 32.91%로 피해율이 가장 높았다. 국외에서는 미국(HAZUS-MH), 일본(피해경제조사메뉴얼), 영국(MCM) 등 공공자산의 홍수피해 예측방법을 개발하여 각 국가의 특성에 맞는 재난손실에 대한 추정을 실시하고 있지만, 우리나라에서는 이러한 방법론적 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 우리나라의 자연재해로 발생한 피해의 규모와 이에 따른 경제적 피해를 예측하기 위해 피해율과 피해액 추정 기술을 개발하였다. 미국의 HAZUS-MH와 피해복구지침, 새주소 시스템 DB, 건축법 내 용도별 건축물 종류 등을 활용하여 국내 공공자산 인벤토리(안)을 제시하고 이 중 소하천에 대한 2010~2014년 5개년의 국가재난관리시스템(NDMS) 재해 자료를 기반으로 지역적 특성을 고려한 손상함수를 개발하였다. 함수개발은 강원도 일부 시군에 대해 실시하였으며, 과거 피해자료를 대상으로 검증하였다. 본 연구결과를 토대로 시군단위의 재해로 인한 소하천 피해 정도를 산정하고 한국형 피해예측시스템 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

하천 유역의 수자원관리에 있어서 홍수 및 가뭄 기간에 유출의 규모와 빈도와 같은 유출특성을 신뢰할 수 있도록 예측하는 것은 매우 중요하다. 수문모형은 이러한 유역의 신뢰성 있는 유출량 예측을 위해 이용되며, 수문모형의 결과물은 수문순환 과정의 공간적 표출이나 매개변수 추정방법 등 다양한 요인에 매우 민감하게 반영된다. 대부분의 수문모형 매개변수들은 해당 유역의 특성이나, 홍수 및 가뭄과 같은 극단적 유출상황에 따라 설정되어 있지 못한 실정이며, 이는 모형의 신뢰성 있는 보정 및 유출량 모의를 보다 정밀하게 수행하지 못하는 원인으로 작용하게 된다. 본 연구의 목적은 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 이용하여 유역의 하천 유출량을 모의함에 있어서 홍수 및 가뭄년, 평년의 유출특성이 모형의 매개변수 추정에 미치는 영향을 분석하고자 하는 것이다. 이를 위해, 안성천 유역($1,658.7km^2$)을 대상으로 유역 내 3지점의 기상관측소(이천, 수원, 천안)를 대상으로 40년(1976~2015)동안의 일 기상자료를 수집하여 SWAT 모형을 구축하였다. 홍수년 및 가뭄년, 평년을 포함하는 선별된 기간에 대하여 다양한 목적함수($R^2$, NSE, RMSE, PBIAS)를 활용하여 각각의 조합된 기간의 극단적 유출특성에 초점을 맞추어 검보정을 수행하였다. 이후 홍수년 및 가뭄년, 평년을 포함하는 선별된 기간에서의 유출량의 규모와 빈도에 영향을 미치는 매개변수를 도출하고 민감도를 평가하였다.

최근 기후변화의 영향으로 장마, 태풍 등 극한사상의 발생빈도와 강도가 비정상적인 증가 추세를 나타내고 있으며, 여름철 국지성 호우로 인한 농경지 및 도심 저지대 지역의 침수 피해가 발생하고 있다. 침수 피해에 대한 대책 마련을 위해서는 수공구조물 설계 기준을 초과하는 호우에 대한 홍수 영향을 분석할 필요가 있으며, 기후변화에 따른 강우자료의 변화 특성을 파악하기 위해서는 비정상성 (Non-Stationary) 가정이 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 비정상성 빈도해석을 통해 중소하천을 대상으로 부정류 해석을 실시하고 미래 침수특성을 분석하고자 한다. 연구대상지는 상습 침수지역이 위치한 중소하천을 선정하였고, 각 유역에 가장 인접한 기상관측소로부터 강수량 자료를 수집하였다. 강수량 모의 자료는 국립기상과학원에서 제공하는 해상도 12.5 km의 지역 기후변화 시나리오를 이용하여 구축하였다. 구축한 강수량 자료는 정상성 및 비정상성 빈도해석을 각각 수행하였으며 비정상성 빈도해석 방법으로는 누적평균 방법 및 이동평균 방법을 적용하였다. 유역 유출량은 실무에서 설계홍수량 산정에 널리 이용되고 있는 HEC-HMS 모형으로 산정하였다. 유출량과 하천기본계획의 하천단면 측량자료를 1차원 부정류 해석 모형인 HEC-RAS 모형에 입력하고 부정류 해석을 실시하여 하천 홍수위를 모의하였다. 본 연구의 결과는 상습 침수 지역의 침수 피해에 대한 관리 대책을 수립하는데 기초자료로 사용할 수 있을 것을 사료된다.

최근 지구온난화 및 기후변화의 영향으로 수재해가 증가하고 있으며, 강우의 경향성이 변화하고 있다. 태풍 및 집중호우로 인한 피해보다 장기간의 연속적인 강우의 발생으로 인한 피해가 더욱 크며, 기존 수공구조물의 설계기준은 연속적인 호우로 인한 피해를 고려하지 못하고 있는 실정이다. 거대홍수란 집중호우, 태풍, 이상홍수 및 돌발홍수로 인한 홍수피해의 여파가 끝나기도 전에 또 다른 강우사상으로 인하여 거대한 홍수가 발생하는 시나리오적 상황을 의미한다. 본 연구에서는 기상청에서 제공하는 한강권역 30년 동안의 (1986 ${\infty}$ 2015년) 강우자료를 이용하여 거대홍수 발생횟수, 경향성, 설계기준을 초과하여 발생하는 거대홍수 초과빈도를 분석하였다. 최소 무강우 시간 정의(Inter Event Time Definition, IETD)를 이용하여 거대홍수를 산정하고, Mann-Kendall test 및 이중누가우량분석(double mass analysis)을 통하여 거대홍수의 경향성 분석을 실시하였다. 본 연구의 결과는 기존 수공구조물의 설계기준의 취약점을 보완할 수 있을 것이라 판단되며, 태풍, 집중호우, 거대홍수 등으로 발생하는 홍수피해를 줄이기 위한 방재 사업의 우선순위 결정에 대한 근거 자료로 활용할 수 있을 것이라 기대된다.

우리나라는 급격한 경제 발전과 함께 빠르게 도시화가 진행되었다. 하지만 도시화가 진행됨에 따라 불투수면적의 증가로 인해 도시지역 침수에 대한 위험이 야기되고 있다. 배수관망 체계는 지역 내의 강우를 빠르게 배출하는데 목적을 두고 발전해 왔다. 이러한 노력에도 불구하고 서울시는 2010년, 2011년과 같이 반복적인 침수로 인명과 재산 피해를 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 2010년과 2011년을 기준으로 침수된 서울시 100개의 유역을 선정하고 깁스모형을 적용하여 침수지역을 중심으로 한 배수관망체계의 특성을 분석하였다. 이와 함께 각 유역의 IA(Impervious Area)와 DCIA(Directly Connected Impervious Area)를 근거로 불투수면적의 공간적 분포 특성도 분석하였다. 깁스모형을 이용한 네트워크 특성과 불투수면적의 공간적 분포 특성을 근거로 침수지역과의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 도시 지역의 배수관망의 효율성을 판단하고 지역 특성에 최적화된 배수관망체계를 구축하는데 도움이 될 것이라 기대된다.

화석연료 사용으로 인한 지구온난화는 평균 기온 및 해수면 상승과 함께 기후변화를 야기하여 수자원 관리에 어려움을 증대시키고 있다. 우리나라도 기후변화로 인한 홍수 및 가뭄의 피해가 커지고 있으며 심도 또한 증대되고 있는 추세이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수자원 시설물을 건설하여 대비하고 있지만 설계 당시 이용할 수 있었던 수문자료의 한계로 인해 최근 발생하고 있는 문제를 해결하기엔 어려움이 있다. 또한 대부분의 다목적댐은 가뭄과 같은 비상 상황에 활용할 수 있도록 비상용량을 확보하고 있음에도 불구하고 사용에 관한 명확한 기준이 없어 거의 활용되지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 가뭄에 취약한 낙동강 유역 중 이수용량 대비 비상용량이 가장 큰 합천댐을 대상으로 HEC-ResSim 모형을 이용하여 실제 다목적댐에 적용된 용수공급조정 기준을 고려한 비상용량 활용에 따른 용수공급능력 변화를 모의하였다.

2016년 2월 5일, 짐바브웨는 극심한 가뭄으로 인해 인구의 4분의 1이상이 식량난을 겪고 있다며 '국가 재난 사태'를 선포하였다. 한때 아프리카 곡창지대로 불리던 짐바브웨가 극심한 가뭄을 겪게 된 데에는 2015/16년 슈퍼엘니뇨의 영향이 크게 한 몫을 하였는데, 이는 남반구의 여름인 11월부터 이듬해 3월까지인 짐바브웨의 우기가 2015/16년 슈퍼엘니뇨 강도가 절정에 달했던 시기(10월에서 2월)와 겹쳐져 짐바브웨의 강수량이 슈퍼 엘니뇨의 영향을 받게 되었기 때문이다. 게다가 4월부터는 엘니뇨의 영향을 받은 우기가 끝나고 건기가 시작되기 때문에 앞으로 가뭄이 얼마나 더 악화될지 우려되는 상황이다. 짐바브웨의 기후를 살펴보면, 증발량이 강수량보다 많은 건조기후 중에서도 비교적 그 정도가 약한 기후인 반건조 지대에 속한다. 하지만 연강수량 변동에 따라서, 비가 내리는 해에는 토양 수분이 과잉되고 비가 적게 내리는 해에는 심한 물 부족 현상이 일어나게 되기 때문에, 건기가 시작되는 4월부터 짐바브웨 강수 예측은 가뭄이 얼마나 지속될지를 파악하는 데에 아주 중요한 요소가 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 강수 예측 결과를 중심으로 2016년 짐바브웨의 가뭄이 얼마나 지속되고, 또 가뭄의 강도는 어떻게 될지 알아보는 것에 목적을 두고, GCM을 이용하여 2016년 3월에서 10월까지 장기예측을 수행하였다. 경계 자료로는 ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasts)에서 제공하는 Sea Ice자료와, NOAA OI (National Oceanic and Atmospheric Administration Optimum Interpolation) Weekly SST자료를 사용하였고 엘니뇨의 영향을 고려하기 위해 IRI (International Research Institute)의 ENSO forecast를 참고하여 SST아노말리에 월별 가중치를 적용하였다. 초기 입력 자료로는 1월 21-30일 10일간의 ECMWF의 재분석 자료를 이용하여 총 10개 멤버의 앙상블 예측을 수행하였고, 8개월(3-10월) 기간에 대해 약 한 달간의 spin-up time을 주었다. 예측 자료를 모델 climatology와 비교하여 월 평균 강수 전망을 분석하였고, 기온과 해면기압의 월 평균자료도 추가 분석하였다. 또한 짐바브웨 지역의 강수 관측 자료와 모델 예측 자료를 이용하여 특정 도시들의 1년 누적강수를 예측 및 분석하였고, 최종적으로 이 결과를 통해 짐바브웨의 가뭄지속가능성을 살펴보았다.

임진강 유역은 62.9%가 북한에 위치하여 수문자료 획득이 어려우며 북측의 무단방류로 남측 저수지 운영에 어려움을 겪고 있다. 과거 피해사례를 살펴보면 1996년, 1998년, 1999년, 2011년 및 2013년 이상 강우로 인한 홍수가 발생하였다. 또한 북측 댐의 무단방류로 2009년 임진강 하류에서 야영하던 관광객 6명이 사망하였고 1억 원의 재산피해가 발생했다. 따라서 기후변화에 의한 수해 피해와 북한의 무단방류로부터 수해를 예방하고자 군남홍수조절지와 한탄강홍수조절지댐 사업이 추진되었다. 현재 북한의 댐 운영 등 수자원 관련한 정책 결정 과정에 한국이 관여할 수 있는 제도적 장치가 마련되어 있지 않은 상태이며 항시 무단방류로 인한 홍수피해에 노출된 상황이다. 그리고 기후변화에 의한 강우의 지역적 편차 등 수문 자료에 불확실성 증가가 되고 있지만 임진강 상류의 정확한 수문 자료를 획득을 할 수 없어 홍수와 같은 위급 상황 시 대처가 어려운 실정이므로 급작스러운 위급 상황 시 하류의 홍수피해를 최소화하고 대비하기 위한 효율적인 저수지 운영에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 군남홍수조절지와 2016년 5월 완공 예정인 한탄강홍수 조절댐과 연계운영을 통해 홍수조절 저감효과를 검토하였다. 모형의 적합성을 검증하기 위해 임진강 중 하류에 위치한 적성수위표 지점의 실측 유량값과 모의 유량값을 비교하여 모형을 검증하였고, 홍수조절 효과를 비교 분석하였다.

본 연구에서는 극치 분포의 오른쪽 꼬리 부분 예측 시 안정적인 확률수문량 산정하는 확률분포형과 매개변수 추정 방법을 평가하기 위해 Monte Carlo 모의를 수행하였다. 수문자료의 빈도해석에 적합한 것으로 알려진 generalized extreme value (GEV), Gumbel (GUM), generalized logistic (GLO), gamma3 (GAM3), normal (NOR), log-normal3 (LN3) 총 6개의 확률분포형을 바탕으로 오른쪽 꼬리 부분의 확률수문량 추정 성능을 모의 실험을 통해 평가하고자 한다. 30년 이상 자료를 보유한 기상청 지점의 지속기간별 연최대값 자료를 분석한 결과를 바탕으로 모분포를 GEV분포로 선정하였으며 평균이 1.0, 표준편차 0.5, 왜곡도 계수는 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0이 되도록 가정하였다. 또한 자료 길이에 따른 성능 평가를 위해 표본 크기 20, 50, 100, 150, 200개에 대해 분석을 수행하였다. 위와 같은 가정으로 총 25종류(왜곡도계수 5개 ${\times}$ 표본 크기 5개)의 발생된 모분포에 6가지의 확률분포형과 3가지의 매개변수 추정방법(모멘트법, 최우도법, 확률가중모멘트법)을 조합한 18가지의 모델을 비교 분석해보았다. 평가방법으로는 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE), 편의(bias), 평균 상대오차(Mean Relative Difference, MRD), 평균 절대 상대오차(Mean Absolute Relative Difference, MARD)를 사용하여 적용 모델의 성능을 비교 분석하였다.

북한 지역에서 시작되어 한반도의 금문댐까지 연결되는 임진강은 북한지역의 유출량 미계측으로 인해 유출량 산출에 많은 어려움이 있어왔다. 본 연구에서는 위성 데이터를 활용하여 미계측 유역의 유출량을 추정 할 수 있는 기법을 제시하였다. Satellite-derived Flow Signal (SDF)는 위성 기반 특정 지역의 유출 정보를 제공하며, JAXA의 GCOM-W1 위성에 탑재된 Advanced Microwave Scanning Radiometer 2(AMSR2) 센서에서 산출된다. 본 연구에서는 SDS 뿐 아니라 유출에 크게 관련이 있는 지표 토양수분 데이터와 식생인자를 임진강 유출 값을 예측하기 위한 입력 값으로 활용하였다. 토양수분 데이터는 Metop-A 위성에 탑재된 Advanced Scatterometer(ASCAT) 센서에서 산출되는 데이터를 활용하였으며, 식생데이터는 Aqua 위성에 탑재된 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 센서에서 측정되는 Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) 데이터를 활용하였다. 추가적으로 SDS, 토양수분, NDVI 데이터는 다양한 lag time으로 약 150여개의 입력데이터로 세분화되었다. 150개의 방대한 입력인자는 Partial Mutual Information(PMI) 방법을 통해 소수 중요 인자들로 간추려져 기계 학습 입력인자로 활용되었다. 기계학습에 있어서는 Support Vector Machine(SVM), Artificial Neural Network (ANN) 기법을 활용하였다. SVM, ANN을 통해 모델화된 유출데이터는 금문댐 유출데이터와 비교/분석되었다. SVM 기법 기반의 유출량은 실제 유출량과 0.73의 상관계수를 보여주었고, ANN 기법 기반의 유출량은 0.66의 상관계수를 결과를 나타내었다. 하지만 SVM 기반 유출데이터는 과소 산정 되는 경향을 보였으며, ANN 기법 기반의 유출량은 과대산정되는 결과가 산출되는 한계점이 있음을 파악할 수 있었다.

토석류 재해규모의 예측이나 효과적인 사방 구조물의 검토에 있어 토석류 수치모형은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 토석류의 유동특성을 파악하고 토석류 피해지역의 정확한 분석을 통해 토석류 유출저감시설(사방댐)의 설치 위치 및 저감효과 등을 분석하였다. 이를 위해 토석류해석시 침식 및 퇴적작용 해석이 가능한 Hyper KANAKO모형을 이용하여 토석류 수치모델링을 수행하였고, 대상지역의 정확한 분석을 위해 지상LiDAR로 실측된 고정밀도 DEM자료를 구축하고 수치모델링을 통해 사방댐의 적정 설치 위치 및 제원에 따른 토석류 저감효과 등을 분석함으로써 토석류 저감 대책 수립 시 기본자료를 제공하고자 한다.

본 연구는 Matlab GUI 언어를 기반으로 제작된 수질관리모형(WAQUMURIN; Water QUality Management program for Urban RIver Networks)의 개발 및 적용, 검증을 통한 수질분석을 목적으로 둔다. 서울한강수계를 대상지역으로 한강 상류의 팔당댐부터 한강 하류에 위치한 가양대교까지의 오염원 이동에 따른 BOD, T-P 농도를 분석하였다. 한강의 본류를 따라 분류되는 지천들과 한강서울수계 관할 하 4곳의 물재생센터(탄천, 중랑, 서남, 난지)의 배출부하량, 유량, 반응속도상수는 본 모형의 main factor로 설정되었으며 격자화된 데이터의 입출력이 가능토록 하였다. 6곳의 수질측정망(암사, 구의, 잠실, 똑도, 보광, 노량진, 영등포, 가양) 지점을 기준으로 실측치와 모형의 모의결과를 비교함으로써 정확도를 검토하였다. 이는 기존의 사용법이 어려운 수질모형의 한계를 깬 간단한 입출력 방식으로 비전문가들 또한 사용이 가능하며 예측 모형의 단순화라는 점의 연구 목적에 있다.

본 연구에서는 한국 낙동강에 위치한 강정-고령보에 설치된 by-pass 어도의 유인효율을 유량 변화에 따라 살펴보고, 어도 유인효율을 극대화할 수 있는 최적의 본류 방류량을 산정하였다. 강정-고령보는 고정보와 가동보로 구성된 혼합식 보로 유량조절이 가능하며, 가동보의 조작에 따라 by-pass 어도 내의 유량이 결정된다. 유인효율의 지표로 목표어종의 HSC(Habitat Suitability Criteria) 지수에 기반한 WUA(Weighted Usable Area)를 삼았다. WUA는 평면 2차원 물리서식처 모형인 River2D를 활용하여 계산하였다. 또한 River2D로 계산된 유속장은 GPS Floater를 활용한 현장관측 자료로 검증하였으며, 어망을 이용한 월별 어류 모니터링 자료로 유인효율 평가의 타당성을 간접적으로 검증하였다. 결과적으로 본 연구 대상인 강정-고령보의 by-pass 어도에서 가장 효과적으로 목표 어류를 유인하기 위해서는 본류의 유량이 190 cms내외를 유지해야 한다. 특히 목표 어류인 모래무지가 봄철(4월~6월)에 산란기를 맞아 상하류로 이동하려는 경향을 띄므로, 이때 적절한 가동보 운영을 통해 본류 유량을 190 cms로 유지하는 것이 필요하리라 사료된다.

선박의 대형화 등으로 인한 세계적인 항만들이 하역능력의 제고를 위하여 선박의 대형화, 고속화, 전용선화에 있어 큰 움직임을 보이고 있다. 또한 항만의 연간 작업가능일수 확보를 위하여 신항만 건설시 항 내 정온도 향상을 위하여 최적의 방파제 배치 및 최선의 소파기술에 대한 연구지원을 아끼지 않고 있다. 이뿐 아니라 최근 파랑 수치모형의 정확성이 향상되고 계산시간이 단축됨으로써 각 격자 상에 입력된 수심정보와 입사경계에서의 입사정보 경계면에서의 경계(반사율) 정보로부터 손쉽게 천해파랑 정보를 산출할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 스펙트럼을 통해 각각의 파고와 주기를 추출하였으며, 쌍곡선형 완경사 방정식을 수치 해석하여 불규칙파의 설계파를 산정하였다. 또한 Matlab을 사용하여 전 프로그램이 toolbox화 됨으로써 운영하는데 편리하고 특히 다양한 지형의 적용에 용이하게 되었다. Matlab은 다른 언어와 달리 전 프로그램이 vectorizing 되어 계산시간이 상당히 단축되었다. 본 연구를 통해 실무자들이 항만이나 어항 등 연안해역 개발시 유의파고를 사전에 예측하여 연안해역 개발하는 데 큰 도움이 되리라 기대한다.

Radar rainfall estimates have been widely used in calculating rainfall amount approximately and predicting flood risks. The radar rainfall estimates have a number of error sources such as beam blockage and ground clutter hinder their applications to hydrological flood forecasting. Moreover, it has been reported in paper that those errors are inter-correlated spatially and temporally. Therefore, in the current study, we tested influence about spatio-temporal errors in radar rainfall estimates. Spatio-temporal errors were simulated through a stochastic simulation model, called Multivariate Autoregressive (MAR). For runoff simulation, the Nam River basin in South Korea was used with the distributed rainfall-runoff model, Vflo. The results indicated that spatio-temporal dependent errors caused much higher variations in peak discharge than spatial dependent errors. To further investigate the effect of the magnitude of time correlation among radar errors, different magnitudes of temporal correlations were employed during the rainfall-runoff simulation. The results indicated that strong correlation caused a higher variation in peak discharge. This concluded that the effects on reducing temporal and spatial correlation must be taken in addition to correcting the biases in radar rainfall estimates. Acknowledgements This research was supported by a grant from a Strategic Research Project (Development of Flood Warning and Snowfall Estimation Platform Using Hydrological Radars), which was funded by the Korea Institute of Construction Technology.

장기적인 수자원 계획의 수립이나 수공구조물을 설계함에 있어 수문학적 순환은 매우 중요하다. 그러나 수문학적 순환은 인간활동과 기후변화의 요인으로 인하여 시간 및 공간에 따라 항상 변화되기 때문에 특정지점에서의 유량도 수문학적 순환의 변동으로 인하여 변화된다. 따라서 본 연구에서는 특정 지점에서 취득된 과거 유량자료를 이용하여 기후변화와 인간활동에 의해 변화되는 유량을 정량적으로 분리할 수 있는 두 가지 기법을 개발하였다. 인간활동에 의해 변화되는 유량(인간활동 유량변동)에 영향을 미치는 요인으로는 인구 증가, 토지이용 변화 등을 들 수 있고, 기후변화에 의해 변화되는 유량(기후변화 유량변동)에 영향을 미치는 요인으로는 온난화로 인한 강수, 기온, 습도 등의 변화를 들 수 있다. 이러한 요인으로 인한 유량의 변동을 분석하기 위해서는 먼저 관측된 자료가 가지고 있는 변동점을 분석하여 변동점 이전 구간을 비영향구간(non-impacted period), 이후 구간을 영향구간(impacted period) 로 나누어야 하는데 이를 위하여 이중누가곡선, 선형회귀분석, Mann-Kendall 검정, Pettitt 검정을 이용하였다. 인간활동 및 기후변화 유량변동을 정량적으로 분리함에 있어서는 두 가지 분석기법이 사용될 수 있다. 즉 인간활동 유량변동을 먼저 분석한 이후 기후변화 유량변동을 산정하는 기법을 적용할 수도 있고 반대로 기후변화 유량변동을 먼저 산정한 이후 인간활동 유량변동을 산정할 수도 있는데 본 연구에서는 두 가지 기법을 모두 적용하여 그 결과를 비교하였다. 인간활동 유량변동을 먼저 산정하는 기법을 적용하기 위해서 비영향구간에 대해 SWAT-CUP을 활용하여 보정된 SWAT 모형을 구축하여 결과의 산정에 활용하였으며, 기후변화 유량변동을 먼저 산정하는 기법을 적용하기 위해서는 영향구간에 대해 민감도 분석 기법 중의 하나인 Budyko 분석을 활용하였다. 본 연구에서 개발된 두 가지 기법을 이용하여 인간활동 및 기후변화 유량변동을 정량적으로 산정하여 비교함에 있어 한강 유역의 소양강댐 상류유역과 섬강유역을 대상으로 과거 관측자료를 취득하여 연구를 수행하였다. 소양강댐 상류유역과 섬강유역의 변화된 유량에 대해서 기후변화로 인한 영향의 비율이 높은지 인간활동으로 인한 영향의 비율이 높은지를 파악함으로써 궁극적으로 두 유역에서의 인간활동과 기후변화로 인해 발생된 유량의 변화 요인을 정량적으로 분리하여 파악할 수 있었다. 그러므로 이와 같은 연구를 활용하여 수문학적 순환 관계에 있어 앞으로 어떠한 요인이 유량변동에 많은 영향을 미치는지 예측하여 미래에 변화하는 유량에 대해 계획하고 수공구조물을 설계함에 있어 활용될 수 있는 설계지침을 제시할 수 있었다.

국내에서는 기후변화로 인해 집중호우 및 태풍 발생이 증가하고 있으며, 이는 자연재해의 발생뿐만 아니라 차량 및 항공 운항의 어려움을 야기한다. 차량 및 항공 운항의 안정성 확보를 위해서는 노면의 마찰저항을 유지하는 것이 중요한데, 강수로 인해 형성되는 수막두께는 노면의 마찰저항을 감소시키므로 포장설계시 고려해야 할 주요소이다. 특히, 물적/인적 이동이 많은 공항은 기상조건에 더욱 취약하며, 기후변화로 인한 강수특성 변화로 활주로의 수막두께 증가 및 운항의 차질이 우려되고 있다. 따라서 본 연구에서는 과거 및 미래 강우조건에 따라 활주로 노면의 수막두께를 산정하고, 기후변화에 따른 수막두께의 변화를 평가하고자 한다. 과거 관측 및 기후변화 시나리오를 이용하여 강우자료를 생산하였고, 이를 강우-유출 모형의 강우 입력 자료로 활용하였다. 과거 강우자료는 인천지점의 기상청 관측자료를 수집하였으며, AR5 RCP 시나리오(RCP4.5, RCP8.5) 기반의 적정 GCMs 결과를 활용하여 미래 강우시나리오를 산정하였다. 강우의 재현기간 및 지속시간에 따른 수막두께의 변화를 분석하기 위해 인천지역의 과거 및 미래 확률강우량을 산정하였다. 수막두께를 산정하기 위해 활주로 폭, 경사 등 활주로 제원을 수집하고, 유출 모형의 입력자료를 구축하였다. 과거 및 미래 확률강우량을 SWMM 모형에 적용하여 유출량을 산정하였으며, 유속과 흐름폭으로 나누어 활주로의 수막두께를 산정하였다. 산정결과, 강우량이 증가함에 따라 수막두께는 증가하고, 강우의 지속시간이 증가함에 따라서는 감소하는 것으로 분석되었다. 미래의 경우, 기후변화의 영향에 따라 강수량이 증가하여 수막두께가 과거에 비해 증가하였다.

일반적으로 빈도해석은 강우의 연 최대 강우자료들을 통해 지속기간별 확률강우량을 산정한다. 하지만 강우자료들은 관측기간이 상대적으로 짧은 편이라 지점 별 강우특성을 고려한 확률강우량 산정은 쉽지 않다. 각 지점 별 강우특성을 고려하기 위해서 연속적인 시계열로 기록되어 있는 강우자료를 독립 강우사상으로 분리하여 강우사상간의 시간, 즉, 무강우시간을 결정하는 것이 선행되어야 한다. 연속강우자료를 독립 강우사상으로 분리하기 위해서는 강우사상 간의 기준이 필요하다. 기존의 연구에서는 강우사상을 분리하기 위한 기준으로 무강우시간(Inter-Event Time, IET)을 사용하고 있다. 국내의 경우에는 무강우시간을 10시간부터 12시간까지 다양하게 적용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기상청 산하 강우관측소의 우기(4월~10월) 자료를 이용하여 시간 단위를 각각 1분, 5분 그리고 1시간으로 분리하였다. 강우분리방법은 자기상관계수와 포아송분포(Poisson distribution)를 고려한 지수분포(exponential distribution)의 변동계수를 이용하여 무강우시간 결정 방법(Inter-Event Time Definition, IETD)을 적용하였다. 각 지점별로 추출된 1분, 5분 그리고 1시간의 무강우시간을 비교 및 분석하였고, 이를 통해 각 지점의 시간단위 특성에 의한 적절한 무강우시간 및 강우사상시간을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

도시화는 수문학적으로 산림이나 농경지와 같은 투수지역을 건물, 도로 등의 불투수 지역으로 변화시키는 것이며, 이로 인하여 홍수파의 도달시간이 줄어들고 첨두유량이 증가하는 등의 수문변화를 수반하게 된다. 도로나 건물 등이 대부분을 차지하고 있는 도시지역에서는 지표면이나 식생으로부터 대기 중으로 방출되는 증발산량이 농촌이나 산림지역보다 상대적으로 적으며, 강우시 토양중의 침투량과 지표면의 저류량도 도시지역에서는 매우 적게 나타난다. 도시화 전 후의 물순환특성을 평가하기 위해서는 도시 개발 전 후의 장단기 수문 관측 결과를 기초로 물순환계를 구성하는 인자간의 관계를 정량적으로 분석하고 물순환계 구성요소의 일부 변화가 다른 부분에 미치는 영향을 평가할 필요가 있다. 즉, 도시화가 물순환 구조 변동에 미치는 영향을 정량적으로 평가함으로써 유역 전체의 건전한 물순환 체계를 유지할 수 있는 대책 수립이 가능하다. 본 연구에서는 판교신도시 개발에 따른 유역에서의 홍수 및 유출특성 변화의 정량적 규명을 목적으로 두고 집중형 모형인 HEC-HMS모형과 물리적 기반의 준분포형 모형인 CAT을 이용하여 판교신도시 개발전의 정량적 물순환 특성을 평가하였다. 대상유역은 지방 2급 하천 탄천의 지류인 운중천, 금토천이 포함된 판교유역이며, 유역면적은 약 $25km^2$이다. 이 중 유역면적의 38 %에 해당하는 지역이 개발되었으며 개발된 지역은 하류부근에 위치한다. 강우자료는 지상 강우관측소인 수원 관측소의 지점강우 자료를 이용하였다. 도시 개발 전 단계에 해당하는 2006년, 2007년 호우사상 중 누적강우량 50 mm 이상인 호우사상을 추출하여 모의를 수행하였다. 유출 특성 분석을 위해 12개의 소유역과 5개의 하도로 구성하였으며 HEC-HMS의 손실량 산정방법으로는 SCS Curve Number법을 사용하였고, 단위도는 Clark 단위 도법을 적용하였다. CAT모형에서 침투는 Rainfall Excess방법, 하도추적은 Muskingum 방법을 적용하였다. 관측치와 모의치의 적합도 검증을 위해 RMSE (Root Mean Square Error), NSE (Nash Sutcliffe Efficiency), $R^2$값을 산정하여 비교 분석하였다.

농업 유역 내 수문 순환 및 비점오염원의 발생 및 거동에 대해서 유역단위로서의 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만 유역단위로서의 모의를 통해서는 필지 별 발생되는 농업 비점오염물질을 평가하고 대책을 세우기에는 한계가 있다. 따라서 농업 유역의 농경지를 대상으로 유역단위 모의가 아닌 필지단위 모의를 진행함으로써 농업 비점오염물질에 대한 관리를 해야 할 필요성이 있다. 그리하여 본 연구에서는 필지단위로 상세한 모의가 가능한 ArcAPEX 모형을 사용하였으며 모형 내 임계값 조정을 통한 유역 구분 시 우리나라 지형 및 농업특성 상 지형인자 추출의 어려움으로 Pre-defined Streams and Watersheds 기능을 활용하는 것이 농경지를 대상으로 정확한 필지 분할 및 필지 특성 반영이 될 것이라 판단하였다. 하지만 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 자료를 구축하는데 시간과 노력이 많이 소모되고 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 입력 자료 구축의 편의를 도모하고자 Subarea-Stream 자동 연결 모듈을 개발하여 그 활용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 지형적 특성으로 인해 집약적인 농업이 행해지고 있는 강원도 양구군에 위치한 해안면 유역의 농경지 경계와 하천 및 수로에 대한 자료를 Subarea-Stream 자동 연결 모듈에 입력하여 최종적으로 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 입력 자료를 변환시켜 모형에 적용하였다. 본 연구결과 Pre-defined Streams and Watersheds 기능에 필요한 입력 자료를 단시간에 편리하게 구축할 수 있었으며, 농경지를 대상으로 필지 단위로 분할이 된 것을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 본 연구를 통해 지형인자 추출 오류로 인해 수계 추출 시 나타날 수 있는 문제점에 대한 해결을 할 수 있었으며 모형 내 Pre-defined Streams and Watersheds 입력 자료 구축 시 Subarea-Stream 자동 연결 모듈을 활용한다면 농업 유역 내 농경지에 대해서 편리하게 유역단위에서의 모의가 아닌 필지단위에서의 상세한 모의를 하는데 큰 기여를 할 것이라 판단된다.

기후변화로 인한 강우강도의 변화와 국지성 호우로 인한 유역의 수문량의 증가가 전망되고 있는 상황에서 댐 시설물의 고령화에 따른 댐 안전성 문제가 대두되고 있으며, 신규댐 건설보다는 기존 댐의 재개발의 필요성이 부각되고 있다. 기후변화로 인한 집중호우의 강도와 발생빈도의 증가, 태풍의 대형화 등으로 댐으로 유입되는 수문량의 변동폭이 커짐에 따라서 극심한 홍수 및 가뭄의 발생이 빈번하게 일어나고 있어 물관리 어려움이 가중되고 있으며 이에 대한 대비책 마련이 시급한 실정이다. 그러나 아직까지 국내에서는 기후변화에 대한 영향을 고려한 댐 재개발에 대한 연구는 미흡한 상태이며, 기후변화와 신규 수자원 개발사업의 정체, 댐 시설물의 노후화 등 제반여건을 고려할 때 기존 댐 시설물 재개발의 전면적 재검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기후변화의 영향과 댐 시설물의 고령화 등에 따른 복합적인 댐 안전성 문제 등에 대비하기 위하여 댐 재개발 평가항목을 개발하였으며, 국내외 사례 및 문헌조사, 그리고 전문가 자문을 통해 각 평가항목에 대한 타당성 및 적합성 검토를 실시하고, 각 세부지표에 대한 평가기준과 댐 관련 분야의 전문도를 고려한 상대적 중요도 평가방법을 제시하고자 한다.

최근 도시화가 진행되면서 지표의 불투수화가 급격하게 진행되고 강우의 지표면 유출량이 급격하게 증가하여, 강수 시 첨두유출 시간이 감소하고 단기간 집중유출이 증대되어 폭우로 인한 도시 홍수등이 발생하고 있다. 이러한 현상에 효과적으로 적응하기 위해 환경적으로 지속가능한 도시 개발을 위한 그린인프라(GI, Green Infrastructure) 및 저영향개발기법(LID, Low Impact Developpment)이 국내에 도입되고 있다. 하지만 아직까지 투수성 포장의 물순환 성능 평가 및 설계 방법에 대한 기준이 명확하지 않으며, 많은 경우 투수성 포장의 적용은 유출저감효과에 대한 정량적 해석 없이 적용되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 경남 양산시 부산대학교 제 2 캠퍼스에 있는 "한국형 GI&LID 실증실험단지"에 투수 도로형 실증실험시설을 구축하였다. 실험 시설은 불투수 아스팔트와 투수 아스팔트, 불투수 콘크리트와 투수 콘크리트 비교실험 할 수 있으며 도로표면 유출수 및 침투수에 대한 유량 및 수질 측정 모니터링을 통해 침투효과 및 특성을 분석할 수 있으며 차후 투수성 포장의 클로깅 현상으로 인한 투수성능의 감소 등 여러 가지 실험을 할 수 있을 것이다.

지난 2008년부터 2013년까지 우리나라는 홍수방어 및 가뭄을 대비하기 위하여 하천정비사업인 4대강 사업을 실시하였다. 또한, 4대강 사업은 환경적인 측면을 고려하기 위해 하천변에 대체습지를 조성하였다. 하지만, 대체습지 조성 이후 대체습지에 대한 평가가 제대로 이루어지지 않아 관리하는데 있어 문제가 발생하고 있다. 따라서 대체습지에 대해 기능을 평가하고 평가 결과를 통해 관리방안을 수립하는 것이 필요하다. 현재 습지의 기능은 수문학적, 생태학적, 지형학적으로 구분하여 평가하고 있다. 본 연구에서는 대체습지의 수문학적 평가를 위해 필요한 대체습지 제원 및 수리수문요소 등 관련자료를 수집하였다. 빈도해석과 수문모형을 통해 침수빈도, 침수심 등을 분석하여 수문학적 측면으로 대체습지를 평가하였다. 본 연구의 결과는 4대강 사업으로 조성된 대체습지의 관리방안을 수립하는데 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

토양유실은 수생태계에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 상수원과 수계를 오염시키는 대표적인 오염원으로 간주되고 있다. 이러한 토양유실에 대한 문제를 해결하기 위해서는 무엇보다 토양유실 발생 현황을 파악하는 것이 중요하다. 토양유실 발생 현황을 파악하기 위하여 SWAT, SATEEC, APEX 등 다양한 수문모형 모델들이 개발되어 왔다. 그러나 각각의 수문모형 모델에서 어떠한 토양유실 산정 공식을 사용하였는지에 따라 모의 결과에서 다소 차이를 보이게 된다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 필지나 유역을 대상으로 토양유실량을 산정함에 있어 어떠한 공식이 토양유실에 미치는 영향인자를 가장 잘 모의하는지 분석하여 적용하고자 하였다. 본 연구에서는 분지 특성의 유역으로, 유역 내 경작지가 집약적으로 모여 있어 토양유실 문제가 심각한 양구군 해안면 유역을 대상으로 시범 적용하였다. 토양유실량을 모의하기 위한 모델은 USLE, AOF, RUSLE, MUSLE, MUST, MUSS, MUSI의 공식 중에서 사용자가 지정한 공식에 따라 모의가 가능한 APEX 모델로 선정하였다. 본 연구에서는 양구군 해안면의 실측 유량자료를 기반으로 각 공식에 따른 토양유실량에 대하여 검정 작업을 진행하였으며, 이를 양구군 해안면의 토양유실 실측값과 비교 분석하여 해안면 유역에서 토양유실에 미치는 영향인자를 가장 잘 반영할 수 있는 공식이 무엇인지 확인하였다. 본 연구결과를 통해 양구군 해안면 유역에서 발생하는 토양유실량을 예측할 수 있는 최적의 공식을 확인함으로써 토양유실 관련 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 본 연구에서는 양구군 해안면 유역을 대상으로 최적의 토양유실 산정공식을 찾았지만, 타 유역의 토양유실량을 평가하기에는 한계가 있다. 따라서 APEX를 이용한 전국단위 토양유실량 평가를 통해 범용화 할 수 있는 공식을 찾는 추가적인 연구를 진행한다면 보다 정밀한 토양유실량 산정이 가능하게 되어 향후 우리나라 토양유실 관련 연구에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

하천은 침식작용과 퇴적작용에 의해 유사를 하류방향으로 이동시킨다. 하천의 침식작용은 하상을 변화시키고 교량, 보 등의 하천 구조물의 안전성을 저해하여 국민의 재산과 생명에 막대한 피해를 입힌다. 또한 퇴적작용은 상류로부터 이동한 유사를 하도 내에 퇴적시켜 하천의 형상을 변화시키고, 통수면적을 감소시켜 홍수기에 범람 빈도와 규모를 증가시킨다. 이처럼 부유사 자료는 하천 구조물의 설계, 수자원 개발 및 관리를 위한 하천계획의 전반에 있어 매우 중요한 자료이지만, 국내의 경우 유사량 측정방법에 대한 연구가 미비하여 대부분 유사량 채집기를 활용한 직접 측정이 이루어지고 있다. 하지만 유사량 채집기를 활용한 관측은 매우 제한된 지역에서 간헐적으로 실시되고 있어 측정 자료가 부족한 실정이다. 이러한 한계를 극복하고자 간접적인 측정 방식을 개발하였으나 우리나라의 강우 특성상 홍수기를 거치면서 하천의 수리학적 특성이 변화하여 관계식의 신뢰도가 떨어지며 자주 갱신해야 한다는 어려움이 있다. 본 연구에서는 횡방향 유속과 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 측정하는 H-ADCP(SonTek, SL-3000)와 레이저 회절을 이용하여 지점의 입도분포와 부유사 농도를 측정하는 레이저부유사측정기(LISST : Laser In-Situ Scattering and Transmissometry)를 이용하여 자료를 취득하였다. 그리고 취득된 신호대잡음비, 부유사 농도간의 관계분석을 통해 회귀식을 구축한 후, 초음파 산란도로 정의되는 신호대잡음비를 활용하여 실내 실험수로의 부유사량을 산정하였고 실측 부유사량과의 비교를 통해 오차 분석을 실시하였다. 오차 분석 결과 실측 부유사량은 138.15g/s, 추정 부유사량은 165.372g/s로 신호대잡음비를 이용하여 추정한 부유사량이 약 19% 과다산정 하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 현재 우리나라에 다수 설치되어 있는 수평초음파도플러유속계(H-ADCP)를 활용한 지속적인 부유사량 관측의 토대를 마련할 것으로 사료된다.

수상 태양광 발전시설은 댐이나 호소, 저수지의 잉여공간인 수면역에 설치하여 수위 변동에 대응하고 육상 대비 발전효율이 높은 발전시스템이지만 수상 태양광 발전시설의 설치로 인하여 수질오염 및 수생태계 교란을 야기할 수 있다는 우려가 지속적으로 대두 되고 있다. 본 연구는 안성시에 위치한 금광저수지 내 수상회전식 태양광 발전시설의 모니터링을 통해 발전시설의 설치가 수질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 수상회전식 태양광 발전시설로 인하여 차광이 되는 차광구역 6지점과 그 외 비차광구역 4지점을 선정하여 차광으로 인한 수질의 변화를 알아보고자 하였다. 연구 결과 수상회전식 태양광 발전시설의 설치로 인하여 수체의 차광 및 광에너지 저하로 인한 수질 및 조류 농도의 변화는 통계학적으로 유의할 정도(p<0.05)의 수준은 아닌 것으로 판명되었다.

최근 기후변화로 인한 국지성 집중호우의 영향으로 재해의 다양화, 대형화 하고 있다. 그 중, 산지하천에서 발생하는 재해로는 토석류 재해가 있다. 일반적으로 토석류 재해는 발생시기, 발생 위치, 발생규모 등을 예측하기 어렵다는 특징을 가지고 있기 때문에 토석류 재해의 피해를 저감시키기 위해서 국내에서는 사방사업을 주로 실시하고 있다. 사방사업에 이용되는 사방댐은 투과형 사방댐과 불투과형 사방댐으로 크게 분류된다. 불투과형 사방댐은 전체적인 토석류의 양을 줄여주는 역할을 하며, 투과형 사방댐은 바위, 토사 등을 물과 분리하여 토석류의 위력을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 투과형 사방댐과 불투과형 사방댐의 장점을 이용하여 적절히 조합한다면 토석류 유출저감 효과를 극대화 시킬 수 있을 것으로 보인다. 본 연구에서는 조합형 사방댐의 저감효과를 검증하기 위해 다기능을 사방댐을 설계하였다. 설계한 사방댐은 중력식 콘크리트 사방댐, 버트리스, 브레이커의 3가지 파트로 구성 하였다. 실험에 활용하기 위한 모형을 각각 분리하여 제작하고, 각각의 조합에 따라 가장 높은 저감효과를 내는 조합을 찾기 위해 토석류 모형실험을 실시하였다.

우리나라의 유사량 조사는 각각의 수문조사기관에서 자료의 이용 목적에 따라 간헐적으로 수행되고 있을 뿐, 체계적이고 지속적인 조사가 이루어지지 않아 타 수문자료에 비해 측정자료 구축 현황은 상당히 미비한 상태에 있다. 측정 자료 또한 부유사 실측자료는 있으나 소류사 측정자료는 거의 전무한 상태이기 때문에 신뢰성 있는 총 유사량을 산정하기에는 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 현재 우리나라는 소류사량을 산정하기 위해 경험식에 의한 방법과 실측에 의한 방법을 이용하고 있다. 그러나 실측에 의한 방법은 측정 장비의 설치 및 운영에 따른 위험성이 동반되고 많은 인력, 경비, 시간이 소요되는 등 많은 문제점을 내포하고 있고, 경험식에 의한 방법 또한 대상 유역에 수많은 경험식 중 어떤 공식을 적용하는지에 따라 결과 값이 수십에서 수백 배 이상의 차이가 나기 때문에 실제 그 결과 값을 활용하기에는 신뢰의 정도가 떨어진다. 최근 국외에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 음향 및 진동의 원리를 이용하여 소류사량을 간접적으로 추정하는 관측기기인 Hydrophone 및 Geophone이 개발되어 실용화를 위한 검토가 이루어지고 있다. 소류사량을 간접적으로 추정하는 방법은 기존의 직접측정 방법에 비해 측정이 간소화되고 지속적적인 관측이 가능하다는 점에서 유역의 소류사이동의 양과 질을 파악하는데 유효한 수단인 것으로 국외의 연구사례에서 언급하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 소류사 이동시 충돌에 의한 음향정보를 계측하여 소류사량을 연속적으로 측정할 수 있는 Hydro-Geophone을 활용하여 실내 실험을 구축하고, 소류사 이동에 따른 Hydro-Geophone의 충돌음향 계측 및 분석 등을 통해 현장에서 활용 가능한 소류사 추정 관계식을 개발하는 연구를 수행 하였다.

표면영상유속계는 영상분석을 이용하여 홍수시 하천 수표면 유속을 측정하는 비접촉식 유속측정장치이다. 때문에 안전하고 편하게 홍수시 유속을 측정할 수 있으나, 실제 적용상 몇 가지 문제가 있다. 하나는 야간과 악천후에는 영상 촬영이 어렵다는 점이고, 다른 하나는 영상과 실세계와의 좌표변환을 위한 참조점 측량이 반드시 필요하다는 점이다. 본 연구에서는 열영상 카메라를 이용하여 첫 번째 문제를 해결하고, 방향센서(경사계)를 이용하여 두 번째 문제를 해결하여, 언제든지 유속측정이 가능한 실시간 표면영상유속계를 개발하였다. 열영상카메라는 별도의 조명장치없이도 주야간 영상 촬영이 가능하다. 또한 안개의 영향을 받지 않으며, 저유속시 생기는 수면파의 움직임도 잡아낼 수 있는 장점이 있다. 또한, 방향센서를 이용하여 참조점을 이용하지 않고, 좌표변환 관계를 구성할 수 있도록 카메라 모형(camera model)을 구성하였다. 이 카메라 모형에 필요한 외부 변수는 하천수표면과 카메라와의 높이 및 카메라의 두 가지 경사각뿐이다. 여기에 일반적인 카메라 보정에 이용하는 방법으로 구한 카메라 내부 변수를 결합하면 된다. 이렇게 개발한 열영상 표면영상유속계는 실험 수로와 하천 현장에 적용한 결과, 종전보다 훨씬 적용이 간편하며, 매우 높은 정확도로 유속을 측정할 수 있었다.

본 연구에서는 도시침수 저감을 위한 구조적인 시설물 중에서 빗물펌프장에서의 운영에 관한 연구를 실시하였다. 현재 일반적인 빗물펌프장은 외수범람은 고려하지 않고 내수배제에 우선순위를 두며 운영하고 있으며 이로 인하여 도시침수가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 외수범람과 내수배제를 동시에 고려하여 빗물펌프장을 운영함으로써 도시침수를 저감하는 방법을 제안하였다. 해당 연구는 2010년 9월 및 2011년 7월 도시홍수가 발생하였던 반포천 유역을 대상으로 하였다. 반포천은 2012년 감사원으로부터 지적이 된 유역으로서 홍수 시 하류부 하천보다 수위가 낮아 자연배제가 어려우며 호우 시 방류수역 확보가 불완전하다. 그럼에도 불구하고 2010년 5월 반포빗물펌프장의 펌프용량을 약 70% 증설하면서 같은 해 9월과 이듬해 7월 하천에 방류된 빗물이 역류를 발생시키면서 진흥아파트 인근 저지대의 침수피해를 가중시켰으며 이외의 강남지역에 많은 양의 도시홍수를 야기 시켰다. 이는 빗물펌프장의 펌프 증설과 같은 구조적 대책으로 도시홍수 저감을 달성시키기 어려운 것을 나타내며 펌프 운영과 같은 비구조적 대책이 동반되어야 함을 의미한다. 따라서 본 연구에서 제안하는 운영방법은 유수지의 여유 저류가능 용량이 확보가 될 때, 하천으로의 우수 펌프 토출량을 낮추는 방법이며 이로 인하여 반포천 외수위 상승을 줄일 수 있다. 외수위 상승을 억제함으로써 외수범람을 포함한 저지대 도시침수 발생을 줄일 수 있다. 이를 실제 도시침수가 발생한 2010년 9월과 2011년 7월 호우사상에 적용함으로써 최대 20% 이상의 침수 저감이 가능하며 이를 통한 침수저감량을 산출하였다.

최근 기후변화로 인하여 과거에는 발생하지 않았던 기상재해의 발생이 빈번해지고 있으며 그 피해규모도 전 세계적으로 증가하고 있다. 그 중 가뭄은 용수공급에 가장 직접적으로 영향을 미치는 원인이다. 우리나라에서는 2010년 이후 지속적인 가뭄이 발생하고 있다. 특히 2015년 금강서해유역의 보령강우관측소에서 연강우량은 783.1 mm로 보령강우관측소의 연평균강우량 1,244.3 mm 대비 62.9%에 불과하였다. 특히 많은 강우량이 집중되는 8월 누적강우량은 30.2 mm(예년대비 7%), 9월 누적강우량은 13.3 ??(예년대비 6%)로 보령지역에서는 강우 부족에 의한 가뭄이 2015년 이후 현재에도 진행 중이다. 국토교통부는 보령지역에 2016년 봄까지 충분한 강우가 내리지 않는다면 보령댐의 용수공급이 불가능할 것으로 판단하여 금강에 위치한 백제보 하류와 보령댐 상류를 연결하는 보령댐 도수로를 계획하였다. 국내에서 용수공급을 위하여 도수로를 이용한 사례로는 안동-임하댐 연결 도수로와 임하댐과 영천댐을 연결한 영천도수로 등이 있으며 관련된 연구로는 도수로 운영 이후 댐의 가용 수자원량을 분석한 사례가 있다. 본 연구에서는 도수로를 통해 보령댐으로 공급된 수량이 보령댐의 생공용수 공급에 미치는 영향을 분석하고자 하였으며 분석을 위해 미 육군공병단에서 개발한 저수지 모의운영 소프트웨어인 HEC-ResSim을 이용하여 보령댐이 완공된 1998년부터 2015년까지 18년 동안 보령댐 저수지 모의운영을 실시하였다. 모의운영 조건으로는 도수로 운영조건 및 용수공급 조정기준을 고려하여 케이스별로 모의운영을 실시하였고 그 결과를 바탕으로 이상갈수 시 공급순위가 가장 높은 생공용수의 공급신뢰도를 이용하여 도수로 운영효과를 비교 분석하였다.

일반적인 송 배수시스템의 운영은 지대가 높은 곳에 위치한 배수지(tank)에 용수를 저장한 후, 자연유하에 의해 수요절점으로 용수를 공급한다. 이때 배수지에 용수를 송수하기 위한 펌프장 운영에서 많은 전기에너지가 소모된다. 일반적으로 송수펌프의 운영은 다년간의 운영자료를 기반으로 운영자의 판단에 의해 이루어지거나, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)시스템을 통해 관측되는 배수지 수위를 기준으로 펌프 작동여부를 결정하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 펌프운영방법을 개선하고 좀 더 효율적인 운영방법을 모색하기 위해 실시간 송수펌프 최적운영 모형을 개발하였다. 최적화 기법으로는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 사용하였으며, 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하고 급수지역의 24시간 용수사용량을 미리 예측하여 실제 시스템의 운영형태와 근접하게 반영하였다. 또한 최적화 과정에서 상수관망해석 프로그램(EPANET)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 시스템의 운영상황을 모의하였다. 개발된 모형을 국내 P시의 광역상수도 시스템에 실제 적용하였으며, 현장 실시간 운영 데이터를 입수하여 전력사용량, 배수지수위, 이산화탄소 발생량 등을 비교, 분석하였다. 개발 모형을 이용하여 펌프운영을 실시하였을 경우, 기존의 운영방식과 비교하여 경제적/환경적으로 뚜렷한 개선 효과를 확인할 수 있었다.

산업안전보건법에 따르면 결함수 분석기법(Fault Tree Analysis, FTA)은 주로, 설계 또는 운전단계에 있는 공정 위험성 평가 시 사고의 발생빈도와 예상사고 시나리오를 추정하는데 적용되어왔다. 따라서 일반적인 결함수 분석에서 정상 사상은 시스템 자체의 사용불능을 야기하는 가장 큰 원인을 의미한다. 그러나 상수도의 유지관리를 위해 FTA를 적용한 경우 정상 사상은 일반적인 FTA에서의 정상 사상과는 다르게 정의되어야 한다. 즉, 용수공급의 경우 관망 전체에 영향을 미치는 정상 사상이란 수원지의 오염이나, 수원지에서 직접적으로 나오는 관로에 문제가 생겼다거나 하는 사건을 의미하므로, 이러한 방식의 정상 사건 정의는 관망의 관로 및 절점에서 발생되는 문제를 분석하기 어렵게 만든다. 따라서 본 연구에서는 관망의 특정 지점에 용수공급이 원활하게 되지 않는 경우를 FTA의 정상사상으로 정의하였다. 또한, 개개의 관로 노후도 평가 점수와 FTA를 이용하여 관망의 특정 절점에 용수를 공급하기 위한 관로들의 노후도 평가 평균 점수를 산출하였다. 개발한 프로그램에서는 평균 노후도 평가 점수를 산출하기 위해서, 특정 절점 값을 입력 받고 각 파이프와 그로 인해 생기는 고립구간(세그먼트 + 비의도적 고립구간) 에 포함되는 절점들의 관계를 나타낸 자료를 이용하여 파이프에 문제가 생길 시 단수되는 절점을 역으로 검색해서 각 파이프의 노후도 평가 점수를 산술평균 하였다. 본 연구에서는 특정지점에 용수 공급이 원활하지 못 한 정상사상에 대하여 관로의 수리 또는 교체를 해야 하는 구간을 찾아 노후도 평가 점수를 산정하는 것이 목표이다. 이를 위해 특정 절점에 용수를 공급하기 위하여 지나가는 관로들에 대해서 평균 점수를 구함으로써, 절점에 용수가 원활히 공급 될 가능성을 산정하여 FTA와 관로 노후도 평가 점수를 이용하고 특정 절점에 용수를 공급하기 위하여 지나가는 관로들에 대해서 평균 점수를 산정하였다. 절점에서 용수를 공급하는 중요도에 따라 절점으로 이어지는 관로의 평균 노후도를 일정 점수 이하로 유지시키는 방법을 이용함으로써 관로의 유지관리 필요성에 대해 지표로써 사용할 수 있다.

High intensity of population distribution in deltaic setting especially in Asia tends to have increased and causes coastal flood risk due to lower elevations and significant subsidence. Maximum or peak discharge of flood always causes numerous deaths and huge economic losses. New technology of spatial satellite image has been applied to analyze flood damage. In this research, the relationship of nightlight intensity associated with flood damages has been determined during 1992-2013 with spatial resolution of 30 arc sec ($0.0083^{\circ}$) which is nearly one kilometer at the equator in whole six countries along the Mekong River (i.e., China, Myanmar, Lao PDR, Thailand, Cambodia and Vietnam). ArcGIS Hydrological Flow Length Tool has been used to determine the distance of each pixel areas from the rivers and streams. Statistical analysis results highlight the significant correlation R = 0.47 between nightlight digital number and economic damages per unit area (US$/km2) and R = 0.62 for number of affected people for unit area ($people/km^2$). The areas near by the Mekong River and its tributaries correspond to high flood damage. This spatial analysis result is going to be prestigious key information to the regions and all related stakeholders for decisions and mitigation strategies.

The Mekong which is one of the world's most significant rivers plays an extremely important role to South East Asia. Lying across six riparian countries including China, Myanmar, Thailand, Laos, Cambodia and Vietnam and being a greatly biological and ecological diversity of fishes, the river supports a huge population who living along Mekong Basin River. Therefore, much attention has been focused on the giant Mekong Basin River, particularly, the soil erosion and sedimentation problems which rise critical impacts on irrigation, agriculture, navigation, fisheries and aquatic ecosystem. In fact, there have been many methods to calculate these problems; however, in the case of Mekong, the available data have significant limitations because of large area (about 795 00 km2) and a failure by management agencies to analyze and publish of developing countries in Mekong Basin River. As a result, the Universal Soil Loss Equation (USLE) model in a GIS (Geographic Information System) framework was applied in this study. The USLE factors contain the rainfall erosivity, soil erodibility, slope length, steepness, crop management and conservation practices which are represented by raster layers in GIS environment. In the final step, these factors were multiplied together to estimate the soil erosion rate in the study area by using spatial analyst tool in the ArcGIS 10.2 software. The spatial distribution of soil loss result will be used to support river basin management to find the subtainable management practices by showing the position and amount of soil erosion and sediment load in the dangerous areas during the selected 56- year period from 1952 to 2007.

To generate information that contributes to climate change risk management, it is important to perform a precise assessment on the impact in diverse aspects. Considering this academic necessity, Japanese government launched continuous research project for the climate change impact assessment, and one of the representative project is Program for Risk Information on Climate Change (Sousei Program), Theme D; Precise Impact Assessment on Climate Change (FY2012 ~ FY2016). In this research program, quantitative impact assessments have been doing from a variety of perspectives including natural hazards, water resources, and ecosystems and biodiversity. Especially for the natural hazards aspect, a comprehensive impact assessment has been carried out with the worst-case scenario of typhoons, which cause the most serious weather-related damage in Japan, concerning the frequency and scale of the typhoons as well as accompanying disasters by heavy rainfall, strong winds, high tides, high waves, and landslides. In this presentation, a framework of comprehensive impact assessment with the worst-case scenario under the climate change condition is introduced based on a case study of Theme D in Sousei program There are approx. 25 typhoons annually and around 10 of those approach or make landfall in Japan. The number of typhoons may not change increase in the future, but it is known that a small alteration in the path of a typhoon can have an extremely large impact on the amount of rain and wind Japan receives, and as a result, cause immense damage. Specifically, it is important to assess the impact of a complex disaster including precipitation, strong winds, river overflows, and high tide inundation, simulating how different the damage of Isewan Typhoon (T5915) in 1959 would have been if the typhoon had taken a different path, or how powerful or how much damage it would cause if Isewan Typhoon occurs again in the future when the sea surface water temperature has risen due to climate changes (Pseudo global warming experiment). The research group also predict and assess how the frequency of "100-years return period" disasters and worst-case damage will change in the coming century. As a final goal in this research activity, the natural disaster impact assessment will extend not only Japan but also major rivers in Southeast Asia, with a special focus on floods and inundations.

The Water, Energy, and Food (WEF) nexus is an emerging concept for sustainable resources planning and management. The three valuable resources are inevitably interconnected, that is, it takes water to produce energy; it takes energy to extract, treat, and distribute water; and both water and energy are required to produce food. Although it is challenging to fully understand the complicated interdependency, a few studies have been devoted to interpret the concept and develop the assessment tools. The tools were mainly developed for nation-wide simulations without considering inter-basin or inter-state resources trade. This study tries to present an idea to develop and implement the WEF nexus simulation model in regional scale by advancing the existing nation-wide model with additional capability to simulate the inter-basin trade. This simulation could help local planners and engineers to determine optimal policies and infrastructure solutions to reach and ensure local demand satisfaction. The simulation model is implemented in hypothetical areas with different conditions of WEF demands and supplies. Although the inter-basin trade scenarios are simulated manually, it shows that the inter-basin resources trade could enhance the resources security for a longer time period. In future, an optimization model might be developed to provide the automatic calculation to reach optimum amount of WEF for the trade, which can be a helpful tool in decision making process.

Hai River Basin is one of China's major agricultural areas, with a huge rural population. Water conservancy is of great importance in this region. There are three integral elements in managing rural water resources: the consideration of current situation, the adoption of effective management measures, and the projection of future needs. In this study, we provide an in-depth investigation of current water resources situation of Hai River Basin. Five issues are analyzed: (1) the construction of conservancy projects; (2) the irrigation of farmland; (3)the safety of drinking water; (4)the protection of water environment; and (5)the model of management practice. Existing problems are diagnosed and possible solutions are discussed. Finally, a summary is made for managing water resources and meeting future needs.

Nowadays, stormwaters have been affected by urbanization and climate change. These transition can cause many problems for hydrologic cycle by increasing runoff volume like flood and low water quality. As with other metropolises and peninsulas, Busan has involved with these problems too. Therefore, it is really vital to do some arrangements to solve them by low impact development (LID) technology. In fact, LID has been introduced to reduce runoff by applying some techniques such as green infrastructure (GI). In order to deal with the aforementioned issues in Busan, this study attempts to design and construct a hybrid green roof-planter box system at Pusan National University GI/LID Facility based on local weather. For this purpose, we used experiment and modeling method on some planter boxes and optimized them by trial and error method.

In past decades beach erosion has been remarkably severe along coasts of different parts of the world, so that distinct types of coastal protective measures have been implemented; seawalls, wave-dissipating breakwaters, groins, artificial headlands or detached breakwaters have been constructed. In recent years, at Bongpeong beach, South Korea, an artificial headland was constructed to stop the beach erosion. The structure resulted in severe beach erosion of the adjoining places. In order to stop the consequences, another headland was constructed at some distance, but the construction of double headland did not prevent the erosion significantly. This paper focuses on the accurate design of the artificial double headland construction. The study presents the application of equilibrium shoreline empirical formula of parabolic type to estimate the equilibrium stages of the artificial double headland beaches and an analytic solution is presented in the present study. The research has solved the empirical formula of parabolic type to find the optimum result by considering the essential parameters that influence the erosion after the construction of double headland.

Gansu, located in the northwestern region, is a typical agricultural province of arid, semiarid in China. The shortage of water resources is the biggest obstacle of Gansu Province's development, and the dry farming water-saving is the eternal theme of Gansu agricultural sustainable development. In recent years, intensify reform in Gansu, has walked out a successful way in the agricultural water-saving. Using the integrated river basin governance as opportunity, the total water-using quantity was regarded as rigidity to retrain, distributed to counties (districts), irrigated areas, towns, associations, groups step by step. Agricultural water price was substantially increased, with the surface water price from about $0.1RMB/m^3$ to more than $0.2 RMB/m^3$, and the ground water from zero to more than $0.1RMB/m^3$. Simultaneously, the difference water prices and over-quota water progression price markup were carried out. The transaction of water rights was encouraged to impel the peasant to establish the consciousness of saving-water. The regulatory documents were formulated to standardize the scope, condition, mode, program etc. of agriculture water-rights transaction, to guarantees the transaction of water rights is carries out in order. The pattern of farming was optimized and adjusted, reducing the high water-consumption crop, increasing economic crops with high benefit and low water-consumption, developing industrialized agricultures such as green house. The relative engineering and measuring facility were comprehensively improved, with the anti-seepage of canal system and the enforcement of dynamo-electric well, developing high-efficient water-saving irrigation and overall metering facilities. The water fine-grained management has realized, and obvious water-saving effect has obtained: water-using rate in the irrigation area by river water has brought up to 0.57 from 0.52, and by well water up to 0.84 from 0.76. Although the water price has increased, the proportion that the water rate expenditure accounted for the cost lasts decline, and the farmers' income has gone up. The peasants express, the used water is few, and it is few to till land, but the income is many, and life is better.

Kon - Ha Thanh River basin is the largest and the most important river basin in Binh Dinh, a province in the South Central Coast of Vietnam. In the lower rivers, frequent flooding and inundation caused by heavy rains, upstream flood and or uncontrolled flood released from upstream reservoirs, are very serious, causing damage to agriculture, socio-economic activity, human livelihood, property and lives. The damage is expected to increase in the future as a result of climate change. An advanced flood warning system could provide achievable non-structural measures for reducing such damages. In this study, we applied a modelling system which intergrates a 1-D river flow model and a 2-D surface flow model for simulating hydrodynamic flows in the river system and floodplain inundation. In the model, exchange of flows between the river and surface floodplain is calculated through established links, which determine the overflow from river nodes to surface grids or vice versa. These occur due to overtopping or failure of the levee when water height surpasses levee height. A GIS based comprehensive raster database of different spatial data layers was prepared and used in the model that incorporated detailed information about urban terrain features like embankments, roads, bridges, culverts, etc. in the simulation. The model calibration and validation were made using observed data in some gauging stations and flood extents in the floodplain. This research serves as an example how advanced modelling combined with GIS data can be used to support the development of efficient strategies for flood emergency and evacuation but also for designing flood mitigation measures.

Landslide dam failure presents as a severe natural disaster due to its adverse impact to people and property. If the landslide dams failed, the discharge of a huge volume of both water and sediment could result in a catastrophic flood in the downstream area. In most of previous studies, breaching process used to be considered as a constructed dam, rather than as a landslide dam. Their erosion rate was assumed to relate to discharge by a sediment transport equation. However, during surface erosion of landslide dam, the sediment transportation regime is greatly dependent on the slope surface and the sediment concentration in the flow. This study aims to accurately simulate the outflow hydrograph caused by landslide dam by overtopping through a 2D surface flow erosion/deposition model. The lateral erosion velocity in this model was presented as a function of the shear stress on the side wall. The simulated results were then compared and it was coherent with the results obtained from the experiments.

Forecasting future drought events in a region plays a major role in water management and risk assessment of drought occurrences. The creeping characteristics of drought make it possible to mitigate drought's effects with accurate forecasting models. Drought forecasts are inevitably plagued by uncertainties, making it necessary to derive forecasts in a probabilistic framework. In this study, a new probabilistic scheme is proposed to forecast droughts, in which a discrete-time finite state-space hidden Markov model (HMM) is used aggregated with the Representative Concentration Pathway 8.5 (RCP) precipitation projection (HMM-RCP). The 3-month standardized precipitation index (SPI) is employed to assess the drought severity over the selected five stations in South Kore. A reversible jump Markov chain Monte Carlo algorithm is used for inference on the model parameters which includes several hidden states and the state specific parameters. We perform an RCP precipitation projection transformed SPI (RCP-SPI) weight-corrected post-processing for the HMM-based drought forecasting to derive a probabilistic forecast that considers uncertainties. Results showed that the HMM-RCP forecast mean values, as measured by forecasting skill scores, are much more accurate than those from conventional models and a climatology reference model at various lead times over the study sites. In addition, the probabilistic forecast verification technique, which includes the ranked probability skill score and the relative operating characteristic, is performed on the proposed model to check the performance. It is found that the HMM-RCP provides a probabilistic forecast with satisfactory evaluation for different drought severity categories, even with a long lead time. The overall results indicate that the proposed HMM-RCP shows a powerful skill for probabilistic drought forecasting.

The Citarum River Basin is the biggest river basin in West Java Province, Indonesia and it plays strategic roles in providing water for irrigation, domestic and industrial uses, and power generation, besides controlling the flood during rainy season. Flowing through seven major cities makes the river flow and water demand are vulnerable to land use change around the river. The present water resources management has involved the regulator, operator, and users in deciding an appropriate water management plan for the entire basin. The plan includes an operation plan for three reservoirs, construction or maintenance of the river channel, and water allocation for all users along the river. Following this plan, a smaller operation group will execute and evaluates the plan based on the actual flow condition. Recently, a deforestation, environment degradation, river sedimentation, a rapid growth of population and industry, also public health become new issues that should be considered in water basin planning. Facing these arising issues, a new development program named ICWRMIP was established to advance the existing management system. This program includes actions to strengthen institutional collaboration, do the restoration and conservation of the river environment, improve water quality and public health, also advance the water allocation system. At present, the water allocation plan is created annually based on a forecasted flow data and water usage prediction report. Sometimes this method causes a difficulty for the operator when the actual flow condition is not the same as the prediction. Improving existing system, a lot of water allocation studies, including a development of the database and water allocation simulation model have been placed to help stakeholders decide the suitable planning schemes. In the future, this study also tries to contribute in advancing water allocation planning by creating an optimization model which ease stakeholders discover a suitable water allocation plan for individual users.

In recent decades, climate change phenomenon has developed towards critical tendency and increased in both frequency, intensity and time which causes catastrophic damage in both people and property, especially in the field of agriculture and water resources. At the current, some researches in the world and Viet Nam studies on climate change impacts on the water resources sectors. Results of scientists'studies showed that climate change will seriously impact productivity, livelihoods and the environment on a global scale; especially large flood phenomena increasingly developing in intensity, drought more violently occurring in a long time. In recent years, the shortage of water supply for economic activity has started to happen with quite serious degree at the Viet Nam, especially in the northern mountainous provinces of Viet Nam.

Climate changes have impacted to many sectors including water resources in Vietnam. Vietnam is agricultural development country having a lot of reservoirs. These reservoirs play a very important role in flow regulation for water supply to economic sectors. In the context of undesirable impacts of climate change such as increasing temparature, evaporation, changing rainfall and rainfall pattern, water demands and inflow to reservoirs also are being influenced. This leads to changes of resevoir exploitation effects that needs to be assessed for adaptation solutions. This arcticle summaries the development of a tool for quick assessement of climate change impacts on exploitation effect of reservoir in central provinces of Vietnam.

The asymptotic extreme value distributions of maxima are a natural choice when designing against future extreme events like flood peaks or wave heights, given a stationary time series. The generalized extreme value distribution (GEV) is often utilised in this context because it is seen as a convenient single expression for extreme event analysis. However, the GEV has a drawback because the location of the distribution bound relative to the data is a discontinuous function of the GEV shape parameter. That is, for annual maxima approximated by the Gumbel distribution, the data is also consistent with a GEV distribution with an upper bound (no lower bound) or a GEV distribution with a lower bound (no upper bound). A more consistent single extreme value expression for design purposes is proposed as the Weibull distribution of smallest extremes, as applied to transformed annual maxima. The Weibull distribution limit holds here for sufficiently large sample sizes, irrespective of the extreme value domain of attraction applicable to the untransformed maxima. The Gumbel, Type 2, and Type 3 extreme value distributions thus become redundant, together with the GEV, because in reality there is only a single asymptotic extreme value distribution required for design purposes - the Weibull distribution of minima as applied to transformed maxima. An illustrative synthetic example is given showing transformed maxima from the normal distribution approaching the Weibull limit much faster than the untransformed sample maxima approach the normal distribution Gumbel limit. Some New Zealand examples are given with the Weibull distribution being applied to reciprocal transformations of annual flood maxima, where the untransformed maxima follow apparently different extreme value distributions.

Despite the potentially major influence of rainstorm patterns on the prediction of shallow landslides, this relationship has not yet received significant attention. In this study, five typical temporal rainstorm patterns with the same cumulative amount and intensity components comprising Advanced (A1 and A2), Centralized (C), and Delayed (D1 and D2) were designed based on a historical rainstorm event occurred in 2006 in Mt. Jinbu area. The patterns were incorporated as the hydrological conditions into the Transient Rainfall Infiltration and Grid-based Regional Slope-stability Model (TRIGRS), in order to assess their influences on pore pressure variation and changes in the stability of the covering soil layer in the study area. The results revealed that not only the cumulative rainfall thresholds necessary to initiate landslides, but also the rate at which the factor of safety (FS) decreases and the time required to reach the critical state, are governed by rainstorm pattern. The sooner the peak rainfall intensity occurs, the smaller the cumulative rainfall threshold, and the shorter the time until landslide occurrence. Left-skewed rainfall patterns were found to have a greater effect on landslide initiation. More specifically, among the five different patterns, the Advanced storm pattern (A1) produced the most critical state, as it resulted in the highest pore pressure across the entire area for the shortest duration; the severity of response was then followed by patterns A2, C, D1, and D2. Thus, it can be concluded that rainfall patterns have a significant effect on the cumulative rainfall threshold, the build-up of pore pressure, and the occurrence of shallow landslides, both in space and time.

The linkage between climate change and water security, i.e., the response of water resource to the future climate change, have been of great concern to both scientific community and policy makers. In this study, the impact of future climate on water resources in Yellow River Basin in North of China has been investigated using the Coupled Land surface and Hydrology Model System (CLHMS) and IPCC AR5 projected future climate change in the basin. Firstly, the performances of 14 IPCC AR5 models in reproducing the observed precipitation and temperature in China, especially in North of China, have been evaluated, and it's suggested most climate models do show systematic bias compared with the observation, however, CNRM-CM5、HadCM5 and IPSL-CM5 model are generally the best models among those 14 models. Taking the daily projection results from the CNRM-CM5, along with the bias-correction technique, the response of water resources in Yellow river basin to the future climate change in different emission scenarios have been investigated. All the simulation results indicate a reduction in water resources. The current situation of water shortage since 1980s will keep continue, the water resources reduction varies between 28 and 23% for RCP 2.6 and 4.5 scenarios. RCP 8.5 scenario simulation shows a decrease of water resources in the early and mid 21th century, but after 2080, with the increase of rainfall, the extreme flood events tends to increase.

Thailand had set the National Water Management Strategy which covered main six areas in the next 12 years, i.e., by priority: (1) water for household, (2) water for agricultural and industrial production, (3) water for flood and drought management, (4) water for quality issue, (5) water from forest conservation and soil erosion protection, (6) water resources management. However due to the climate change impact, there is a question for all strategies is whether to complete this mission under future climate change. If the impact affects our target, we have to clarify how to mitigate or to adapt with it. Vulnerability assessment was conducted under the framework of ADB's (with the parameters of exposure, sensitivity and adaptive capacity) and the assessments were classified into groups due to their different characteristic and the framework of the National Water Management Strategy, i.e., water supply (rural and urban), water for development (agriculture and others), water disasters (floods (flash, overflow), drought, water quality). The assessments identified the parameters concerned and weight factors used for each groups via expert group discussions and by using GIS mapping technology, the vulnerability maps were produced. The maps were verified with present water situation data (floods, drought, water quality). From the analysis result of this water resources management strategy, we found that 30% of all projects face the big impacts, 40% with low impact, and 30% for no impact. It is clear that water-related agencies have to carefully take care approximately 70% of future projects to meet water resources management strategy. It is recommended that additional issues should be addressed to mitigate the impact from climate risk on water resource management of the country, i.e., water resources management under new risk based on development scenarios, relationship with area-based problems, priority definition by viewpoints of risk, vulnerability (impact and occurrence probability in past and future), water management system in emergency case and water reserve system, use of information, knowledge and technology in management, network cooperation and exchange of experiences, knowledge, technique for sustainable development with mitigation and adaptation, education and communication systems in risk, new impact, and emergency-reserve system. These issues will be described and discussed.

우리나라의 겨울철 자연재해 중 대설에 의한 피해가 발생하는 빈도가 증가하고 있는 가운데 그 피해를 예측하고 대비하기 위한 연구들이 다수 진행되고 있다. 강설은 일단위로 측정하며, 매일 새롭게 내린 강설의 양인 최심신적설과 기존에 녹지 않고 쌓여 있던 깊이까지를 고려한 최심적설로 구분된다. 우리나라의 경우에는 갑작스럽게 내린 폭설에 의한 피해가 대부분이므로 최심신적설량을 예측하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 다중회귀분석을 이용해 우리나라의 최심신적설량을 추정하기 위한 식을 개발하였다. 다중회귀분석을 위한 독립변수로는 해당 일에 예측된 강수량, 일평균기온, 일최고기온, 일최저기온을 사용하였으며, 강수량과 일평균기온의 상호작용을 고려할 수 있도록 모형을 구성하였다. 모형의 개발에는 전국 74개 기상관측소의 최심신적설 자료를 관측소 단위로 전체 자료의 2/3을 무작위로 추출하여 이용하였으며, 추출되지 않고 남은 1/3의 자료를 이용해 모형에 대한 검증을 실시하였다. 그 결과 상호작용항이 포함되지 않은 다중선형회귀모형에 비해 상호작용을 고려한 다중회귀모형의 예측력이 훨씬 우수하게 나타났다. 강수량과 기온이 정확하게 예측된다면 개발된 추정식을 이용해 간편하게 최심신적설량을 예측할 수 있어, 폭설에 대한 대비에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 기상변동성 증가 및 기후변화로 인해 기존 한반도의 기상패턴과 다른 이상강우 현상이 증가하고 있다. 이러한 변동성 증가는 수자원 계획을 수립하는데 있어 불확실성을 가중시키기고 있다. 이러한 점에서 수문 시계열의 변화양상을 효과적으로 인지할 수 있으며, 유역단위에서 일관된 변화를 평가할 수 있는 변동성 분석 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존 변동성 분석방법에 계층적 베이지안(Hierarchical Bayesian) 기법을 연계하여 유역단위에서 변동점 해석을 위한 모형을 개발하였다. 한강유역의 30년 이상의 강우 자료를 활용하여 연강우량 자료를 구축하였으며, 본 연구를 통해 개발된 모형의 적합성을 평가하였다. 분석결과, 약 2000년대를 기준으로 강우의 변화 양상을 확인할 수 있었으며, 과거에 비해 강우의 증가 특성을 효과적으로 평가할 수 있었다. 이와 같은 수문기상자료에 대한 변동성 분석은 미래에 발생 가능한 홍수나 가뭄과 같은 사상을 모의함에 있어 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

최근 2년 간 한반도에 내린 강수량은 평년에 비해 60%정도 밖에 내리지 않았다. 이로 인해 2015년에는 전국 곳곳에서 가뭄이 발생하였고, 농작물피해, 이수부분에서 어려움을 겪었다. 지역적으로 가뭄피해를 해소하고자 여러 대책이 강구되고 있고, 국가적으로 가뭄을 극복하기 위해 국가가뭄정보분석센터의 개소 등 기상, 수문정보를 바탕으로 한 가뭄 해소 노력이 증대되고 있다. 기상청에서는 기상확률예보를 통해 단기적인 강수, 가뭄 예측자료를 제공하고 있으며, 전지구모델을 상세화 한 지역기후모델을 통해 한반도 전 지역에 대해 기후변화시나리오에 의한 강수, 기온자료를 제공하고 있다. 가뭄을 예측하고, 가뭄정도를 파악하기 위해서 가뭄지수를 보편적으로 이용하고 있다. 강수와 기온은 기상학적 가뭄지수 산정에 가장 중요한 인자로 이용되고 있다. SPI는 강수자료를 이용하여 가뭄정도를 파악할 수 있는 지수이고, RDI는 강수와 기온자료를 통해 잠재 증발산량을 산정하고, 이를 고려하는 가뭄지수이다. 한반도 내 주요 관측소지점에 대해 RCP 8.5 시나리오에 의한 장래 2100년까지 가뭄지수를 산정한 결과 RDI의 경우 가뭄발생빈도와 강도가 점차 증가하는 것으로 나타났다. 장래 한반도의 연 강수량은 크게 감소하지 않는데 비해 기온은 점차 증가하는 경향이 발생함에 따라 기온상승에 의한 증발산량의 증가가 극한가뭄이 발생하는 주요요인으로 판단되었다. 수도권지역의 경우 예측기간이 2100년에 가까울수록 SPI에 의한 가뭄지수는 점차 증가하여 가뭄 강도가 약해지는 것으로 예측되었고, RDI지수에 의한 가뭄지수는 점차 감소하여 극한가뭄이 발생할 가능성이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해 장래 가뭄에 의한 피해지역 예측, 수자원 계획, 이수분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

수문순환과정의 시공간적 거동을 해석하고 이를 정량화 하는 것은 효율적인 수자원 관리 및 계획을 위해 반드시 선행되어야 하는 연구이다. 특히 토양수분은 물 에너지 순환에서 지표면과 대기 사이의 복잡한 관계를 이해하기 위한 중요한 수문인자로, 이를 정확하게 측정하기 위한 방법들이 다각도로 발전되어 왔다. 그 중 위성 데이터를 활용한 토양수분 산정은 미계측 지역의 토양수분을 지속적이고 광역적이게 관측할 수 있는 선진 기술로 각광받고 있다. 그러나 대부분의 위성 자료들이 가지고 있는 공간 해상도는 복잡한 지형 환경을 대상으로 한 지역의 원격 탐사로서는 국지적인 수문학적 현상들을 분석하는데 어려움을 가지고 있다. 특히 우리나라의 경우 국토의 70% 정도가 산지로 이루어져 있으며 경사도가 $5^{\circ}$ 이하의 평탄한 지역은 약 23%에 그치는 등 복잡한 식생 지형 환경을 가지고 있다. 따라서 인공위성의 해상도와 식생 투과도를 고려할 때 저 해상도의 위성 토양수분만으로는 우리나라와 같이 면적에 비해 복잡한 환경에 기반 한 수문학적 현상들을 충분히 분석하는데 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 support vector machine (SVM) 기계학습을 활용하여 ASCAT과 AMSR2 위성 토양수분의 상세화를 수행하여 고해상도의 토양수분을 산정하였고, 이를 지점관측 자료와 비교해 상세화도 자료의 신뢰성을 평가하였다. 검증된 고해상도 토양수분 데이터는 향후 자연재해 분석에 있어 예측의 정확성을 높이고 수문순환 및 기후 모델링에 있어서 중요한 입력 인자로 활용될 것으로 기대된다.

우리나라의 연평균강수량은 약 1362 mm이며, 총강수량의 약 30% 이상이 증발산을 통해 손실되고 있다고 추정되어지고 있다. 증발산은 물 수지 분석에 있어 매우 중요한 성분이며, 많은 부분을 차지하지만 다른 요인들에 비해 직접적인 관측이 어려워 과거에는 경험식을 사용하거나 단순하게 가정에 의해 결정해 왔다. 또한 기상자료로부터 증발산량을 추정하거나 증발접시나 추정식으로 잠재증발산을 추정하고 있다. 또한 최근 기후변화의 가속화에 따른 홍수의 가뭄의 강도와 빈도가 높아지고 있으며, 이에 따라 수자원 관리에 있어서 기초수문조사 항목에 많은 변화를 요구하고 있다. 그 결과 2007년 4월 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 기초수문조사 항목으로 추가되었으며, K-water 연구원에서는 용담시험유역에 플럭스타워를 설치하였고 현재 운영 중에 있다. 덕유산 플럭스타워는 용담시험유역 내에 위치한 금강 수계 구량천 상류부의 덕곡제 유역 내에 설치하였으며, 2011년 4월부터 실제 증발산량을 관측하고 있다. 동경 $127^{\circ}$42'23" ~ $127^{\circ}$44'53", 북위 $35^{\circ}$50'47" ~ $35^{\circ}$52'50"사이로 중부지방에 위치한 유일한 증발산관측 타워이다. 유역 면적은 9.27 km2으로 유로연장 3.48 km, 유역 평균폭 2.66 km, 형상계수는 0.77이며, 덕곡제플럭스 타워 주변의 토지이용은 대부분 산림으로 구성되어 있으며, 침활 혼효림과 낙엽송림으로 임상 분포가 이루어져 있다. 주요 관측기기로는 3차원 풍향 풍속계, $CO_2/H_2O$ 기체분석기, 순복사 측정 센서, 지중열플럭스 측정 센서 등이 있다. 2011년부터 측정된 자료를 바탕으로 에디공분산 방법을 이용하여 증발산량을 측정하였으며, 30분간의 데이터 18,000개 중 취득률 90 % 이상의 데이터를 대상을 분석을 실시하였다. 2011 ~ 2015년도 증발산량 분석 결과는 아래의 표와 같다. 증발산의 패턴은 1월부터 서서히 증가하지만 활발하지는 않고, 4월부터 매우 활발해져 8월에 최대치에 이른다. 10월부터 증발산량은 급격히 감소하기 시작하며 11, 12월에는 증발산이 거의 발생하지 않는 공통적인 경향을 보였다. 2013년 8, 9월은 다른 해와 다른 경향을 보이고 있는데, 이는 2013년 8, 9월에 강우가 많이 발생하여 증발산량이 감소하였기 때문으로 판단된다. 2015년 8월은 다른 년도와 비교했을 때, 매우 높은 증발산량을 보이는데 이는 2015년 8월에 많은 강우에도 식생이 활발하게 작용하였기 때문으로 판단된다.

도시 배수 시스템의 설계 및 홍수 방지 전략의 수립은 공통적으로 특정 재현 기간에 대한 극한강우량의 정보가 필요하다. 최근 이상기후로 인한 극한강우사상의 발생이 잦아짐에 따라, 수공 구조물의 설계 및 계획에 기후변화의 영향(특히 강수량)이 고려되어야 한다. 이에 본 연구에서는 설계에 사용되는 일반적인 재현기간의 IDF(intensity duration frequency)곡선에서 극한강우량을 산출하고, 이를 분석한 통계학적인 추세가 기후변화 시나리오의 IDF곡선의 작성에 미치는 영향에 대한 평가를 실시하였다. 연구 첫 단계에는 연 최대 일강수량 시계열의 추세를 분석하고 정량화하였다. 본 연구에서는 1970년부터 2015년까지의 60개 관측소의 연 최대 일강수량 시계열을 사용하여 분석하였으며, 관측소별로 다른 유의수준을 고려하여 Mann-Kendall test가 실시되었다. 그 결과 연구기간동안 증가 및 감소 추세가 발생하였다. 추세가 분석 및 정량화 되면, Gumbel 분포를 이용하여 극한강우량을 계산하였다. 마지막으로 지역별로 실시한 추세분석으로부터 얻은 정보를 통합하고 추세분석 결과를 바탕으로 2가지의 기후 시나리오를 규정하여 IDF곡선의 매개변수를 산정하였다. 그 결과, 통계학적인 추세의 증가 또는 감소 모두 각 지속시간의 극한강우시계열에 영향을 주는 것으로 나타났다.

해수면 상승의 예측에 대한 근본적인 불확실성은 전 지구적 해수면 상승에 대한 가속도와 상대적으로 해수면에 영향을 미치는 지역적인 요소와 연관되어 있다. 최근, 기후 모형을 포함하는 다양한 모형의 결과와 빙하 관측자료, 그리고 이들의 해수면에 대한 기여도는 해수면 상승이 가속화될 것이라는 사실을 나타내지만, 아직 조수 관측과 위성 자료들은 이와 관련된 근거를 발견하지 못하고 있다. 본 논문에서는 연안도시 계획 설계자들이 이러한 해수면 상승의 불확실성을 고려할 수 있도록 미래 해수면 상승의 확률론적 산정을 제공하기 위해 최근 해수면 상승 가속과 그 상승률에 대해 선택된 분포와 관측 해수면 자료의 합성을 제시한다. 결과는 프로젝트 취약성을 평가하기 위한 위험도 기반 관리체계의 기준으로서 사용 될 수 있다. 또한, 기후 영향에 의한 해수면의 동역학적 지질물리학의 이해도를 증진시킴으로써, 분포의 선택과 정확성, 그리고 해수면 상승 예측이 개선될 것이라고 기대 된다. 본 연구에서 제시된 방법론은 사례연구로 부산에 적용되어 설명되어 진다.

수문조사기기의 검정은 수문조사에 활용할 기기를 일관되고 표준화된 기준으로 검사하여 수문조사에 적합한 기기인지 확인하는 것이다. 이러한 검정은 국가수문자료의 신뢰도를 높이고 유지하는 기본적이고 중요한 업무이다. 검정대상기기는 강수량측정기기, 유속측정기기, 수위측정기기, 부유사측정기기, 토양수분측정기기, 증발산량측정기기로 총 6가지이며, 2009년부터 국토교통부 위탁사업으로 한국건설기술연구원(유량조사사업단)에서 수행하고 있다. 특히 유량조사사업단에서는 유속측정기기를 제외한 나머지 5개 수문조사기기에 대해 검정을 수행하고 있다. 연도별로 2009년부터 2015년까지 98대, 334대, 572대, 539대, 359대, 682대, 690대로 총 3,274대를 검정하였고, 관측기종별로 강수량 1,579대, 수위 1,589대 부유사 23대, 토양수분 33대, 증발산량 50대이다. 신청기관별로는 국토교통부(홍수통제소) 1,847대, 환경부(국립환경과학원) 4대, 한국건설기술연구원(유량조사사업단 포함) 81대, K-water 338대, 한국수력원자력(주) 91대, 일반업체 913대에 대한 검정을 실시하였다. 검정을 실시한 강수량측정기기 1,579대 중 보정없이 합격된 기기는 1,495대, 허용오차기준에 미달되어 보정 실시 후 합격한 기기는 76대이며, 불합격 처리된 기기는 8대이다. 수위측정기기는 합격이 1,586대, 기준에 미달되어 불합격된 기기가 2대로 나타났다. 강수량측정기기의 각 연도대비 통계분석 결과 보정률은 2009년 97대 중 8대(8.2%), 2010년 194대 중 3대(1.5%), 2011년 180대 중 24대(13.3%), 2012년 175대 중 17대(9.7%), 2013년 165대 중 15대(9.1%), 2014년 547대 중 8대(1.5%), 2015년 221대 중 9대(4.1%)로 다소 낮은 수치로 나타났다. 이처럼 보정률이 낮게 나타난 이유는 관할기관의 검정을 위한 유지관리 및 사업자의 사전검사 등을 통해 감소한 것으로 판단되며, 이와 같은 결과는 수문자료의 품질 및 신뢰도 향상으로 이어졌다. 그러나 여전히 선진국에 비해 수문조사기기 검정의 중요성에 대한 인프라 구축이 미흡한 실정이다. 수문조사기기 검정의 선진국이라 할 수 있는 미국의 경우 USGS에서 HIF(Hydrogical Istrumentation Facility)라는 별도 조직을 운영하여 관측기기의 렌탈, 수리, 교정 및 검정, 개발, 교육 등 이러한 작업을 일괄 수행하고 있고 조직 내 자체 시설로 수중펌프 시험소, 자연과 유사한 환경에서 테스트 하는 장소, 대형온도챔버 등을 갖추고 있으며, 이러한 시설을 이용하여 기기의 교정 및 검정, 연구 등을 현장과 비슷한 환경에서 다양한 실험을 통해 검정방법을 비교, 분석하는 것을 볼 수 있다. 현재 우리나라의 수문조사기기는 다양한 방법으로 현장에 설치되어 검정방법의 다양성이 요구된다. 향후 우리나라도 HIF와 같이 다양하고 선진화된 시설과 기술을 개선하고 다각적인 시험 과정을 통해 수준 높은 검정방법체계를 갖추려는 노력이 필요하다.

이중편파 강우레이더는 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 등 다양한 변수를 관측하여 호우의 공간적 규모, 호우를 구성하는 강수입자, 호우의 이동방향 등 종합적인 강우 정보를 제공한다. 이러한 이중편파레이더를 이용하면 단일편파레이더에 비해 보다 정량적인 강수 추정이 가능하다. 일반적으로 이중편파 강우레이더의 강우추정 관계식은 DSD 및 강우입자 모형을 기반으로 물리적으로 유도된다. 그러나 DSD는 호우 사상에 따라 그 양상이 다르며, 동일 호우 사상 내에서도 시공간적으로 변화가 크다. 이러한 DSD에 내포된 변동성은 결과적으로 레이더 강우에 큰 불확실성을 유발하게 된다. 이에 본 연구에서는 확률대응법을 이용하여 이중편파레이더의 강우추정 관계식을 추정하는 기법을 개발하고자 한다. 확률대응법은 실시간으로 강우추정 관계식의 매개변수를 추정하는 기법으로 단일편파레이더의 Z-R 관계식에 적용된 바 있다. 이러한 확률대응법을 이용하면 시공간적으로 변하는 DSD 등 호우사상의 개별적인 특징을 반영하여 호우사상별 강우추정 관계식의 매개변수를 실시간으로 결정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이중편파레이더의 강우추정 관계식 중 R(KDP, Zdr), R(Zh, Zdr) 관계식을 위주로 매개변수를 이변량 확률대응법을 통해 추정하고, 기존의 강우추정 알고리즘 및 관계식의 레이더 강우 추정 결과와 비교를 통해 적용성을 평가하였다.

면적감소계수는 강우의 공간적 분포 특성을 반영하고자 지점강우량을 면적강우량으로 환산하는 데 사용된다. 현재 국내에서는 세 가지 방법을 사용하여 소유역의 면적감소계수를 산정하고 있다. 세 가지 면적감소계수 산정 방법은 1) 유역 전체에 같은 면적감소계수를 적용하는 방법, 2) 분할된 소유역 별로 면적감소계수를 산정하여 적용하는 방법, 3) 홍수량 산정지점 별 누가면적에 대한 면적감소계수를 적용하는 방법이다. 이들 방법은 기본적으로 호우의 중심이 항상 유역 내 특정한 지점에 고정된다고 가정하는 방법이다. 본 연구에서는 기존의 방법과 달리, 호우의 형상을 고려한 면적감소계수 적용기법을 새롭게 제안하였다. 아울러 제안된 방법과 기존의 방법들을 충주댐 유역에 대해 적용하고, 이를 비교 평가하였다. 그 결과 제안된 방법이 기존의 방법들에 비해 보다 양호한 결과를 이끌어 낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

제주도의 한라산은 고도의 영향으로 해안지역과 산간지역의 기온 차이가 크게 나타나는 지역이다. 이러한 특성으로 겨울철 제주도의 해안지역에는 강우가 내리고 산간지역에는 강설이 발생한다. 특히, 강설이 발생하는 고도는 일별 기상상황에 따라 다르게 나타난다. 그러나 제주지방기상청에서는 제주도의 8개 지점에서만 적설량을 관측하고 있어 강설이 발생하는 고도를 정확히 파악하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 제주도의 한라산을 대상으로 성산기상레이더와 고산기상레이더의 반사도 자료를 이용하여 2014년 11월부터 2015년 4월까지의 강설 고도 변화를 분석하였다. 먼저, 레이더 반사도의 고도를 해수면으로부터 250 m 간격으로 2,000 m 까지 구분하였다. 또한, 구간별로 레이더 자료와 AWS 자료를 이용하여 Z-S 관계식을 유도하였다. 마지막으로, 유도된 고도별 Z-S 관계식의 변화를 파악하여 겨울철 한라산의 강설 고도 변화를 분석하였다.

강우는 시 공간적 변동성이 크고 지형특성으로 인한 지역 편차가 큰 특성을 가지고 있다. 따라서 강우 발생을 분석하는 경우, 강우의 시 공간적 변동성과 지역특성을 고려해야한다. 본 연구에서는 지역특성을 고려한 강우 앙상블을 생성하였다. 강우의 지역특성을 고려하기 위해 2010~2015년 동안 발생한 강우사상 중 서울지역을 통과하는 대류성 강우사상 30개를 선정하였다. 지역특성 고려하기 위한 매개변수로 강우강도와 풍향을 선정하고, 매개변수의 가중인자를 결정하였다. 또한 매개변수의 정량화를 위해 강우강도의 경우 대수정규분포, 풍향의 경우 Von mises분포를 매개변수의 확률분포로 선정하고, 선정된 두 확률분포에 Copula함수를 적용하여 결합확률분포를 추정하였다. 아울러 추정된 결합확률분포에 Monte-Carlo Simulation기법을 적용하여 매개변수에 대한 난수를 발생시키고, 이를 이용하여 지역특성을 고려한 강우 앙상블을 생성하였다.

차량용 강우 센서는 강우측정이 어려운 지역의 강수량 측정이 가능하고, 실시간으로 강우정보를 생성해 내기 때문에 차세대 강우측정기로써 전망이 기대된다. 차량용 강우 센서는 일반적인 강우관측기와 달리 물 입자가 커질수록 빛의 산란이 크게 일어나는 현상을 이용한다. 산란이 크게 일어나면 강우 센서에 입력되는 값이 줄고 이는 강수가 높다는 것을 의미한다. 강우가 발생하면 자동차 전면 유리창에 부착된 강우 센서가 감지하는 우적량을 강우량으로 환산하는 방법을 통해 강우량을 산정한다. 강우가 쌓이고 나서 나중에 그 값을 측정하는 것이 아니라 즉시 그 값을 계산하여 강우량을 산출해야하기 때문에 단계가 복잡하다. 수식이 복잡할수록 오차가 발생할 확률도 크고 처리 속도도 느려지기 때문에 W-S-R 관계식을 이용하여 복잡한 수식을 간단하게 정리할 필요가 있다. AWS 기상관측소와의 비교 분석을 위해 차량에 우량계를 장착하였으며 W-S-R 관계식을 통하여 상관관계 분석하여 회귀식을 도출 한다. W-S-R 관계식이라 함은 와이퍼의 속도관계(W), 강우센서(S), 실제 강우(R)을 의미한다. 여기서 와이퍼의 속도관계는 와이퍼의 한 번 이동 했을 시 실제 강우는 실내강우발생 장비를 제작하여 10~80mm의 강우를 발생시키고 그 값은 우량계로 관측한다. 본 연구에서는 물 입자의 산란과 차량용 강우 센서 간의 관계식 도출과 W-S-R 관계식을 이용하여 실제 강우 정보와의 상관관계를 위한 분석을 통한 회귀식 개발을 목표로 한다.

기후변화에 따른 청미천 유역의 가뭄 특성을 평가한 연구로 가뭄의 발생은 여러 요소가 연속적인 상관관계를 이루고 있으며, 가뭄지수 산정에 내재되어 있는 복잡성 및 불확실성으로 인해 다양한 가뭄지수를 적용하였다. 그 중 기상학적 가뭄지수는 강수량을 이용하여 산정하는 SPI(Standardiz d Precipitation Index)와 강수량과 증발산량을 바탕으로 산정하는 SPEI(Standardiz d Precipitation Evaportranspiration Index), 유효토양수분량을 바탕으로 산정하는 농업학적 가뭄지수인 PDSI(Palmer Drought Severity Index), 유출량을 이용하여 산정하는 수문학적 가뭄지수인 SDI(Streamflow Drought Index)의 지속기간 3개월, 6개월, 9개월에 따른 과거(1985년부터 2015년) 및 미래(2016년부터 2099년)의 가뭄특성을 파악하였다. 미래의 경우 기후변화 시나리오인 RCP(Representative Concentration Pathway) 4.5와 8.5를 이용하였으며, 농업학적 및 수문학적 가뭄지수는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형 모의를 통해 산출된 결과를 토대로 산정하였다. 과거 기간의 가뭄지수 산정 결과, 2015년과 2014년이 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 가장 극심한 가뭄을 나타냈으며, PDSI를 제외한 각 가뭄지수 간에는 높은 상관정도를 보였다. 과거를 포함한 미래 가뭄의 경우 현재(2011년부터 2020년까지), 가까운 미래(2021년부터 2040년까지), 중간 미래(2041년부터 2070년까지), 먼 미래(2071년부터 2099년까지)로 나누어 가뭄을 평가하였다. 평가 결과 현재의 경우 과거 기간의 가뭄과는 달리 2018년이 가뭄에 취약했으며, 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 두 기후변화 시나리오는 가까운 미래와 중간미래가 취약함을 나타냈다. 상관계수의 경우 과거 결과와 마찬가지로 PDSI를 제외한 각 가뭄지수 간에 높은 상관정도를 나타냈다. 또한 빈도해석 결과 RCP 4.5에서 더 큰 변동성을 보였다. 현저히 적은 강수 및 기온 상승으로 인한 증발산량의 증가 등으로 인해 최근 들어 가뭄의 정도가 심해졌으며, 미래에는 더욱 더 심해질 전망으로 보여진다. 이를 평가하기 위해서는 본 결과에서 보듯이 각 각의 가뭄지수는 극한 가뭄의 발생 시기 및 강도에서 각기 다른 차이를 확인할 수 있기 때문에 가뭄 평가 시 다양한 형태의 가뭄지수 활용이 이루어져야 할 것이다.

최근 국지적 기상변화에 따른 도시 산악지역의 돌발홍수 발생빈도가 증가함에 따라 위험기상 관측 및 홍수의 사전감지 대응에 대한 관심과 필요성이 증대되고 있다. 이에 발맞춰 국토교통부 및 기상청 등에서는 이중편파레이더를 설치 운영 중에 있으며, 이를 이용한 정량적 레이더강수량 추정 및 예측에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 레이더를 이용한 정량적 강우추정을 위해서는 레이더관측, 신호처리, 품질관리(QC), 강우추정 알고리즘 적용, 보정 등 일련의 과정을 거치게 되며, 이러한 과정 속에서 다양한 불확실성 요소가 존재하기 때문에 레이더자료의 정확도에 대한 평가가 요구되고 있다. 그러나 레이더강우량의 불확실성이 어느 정도 수준인지 정량적으로 제시하기는 어려우며, 그 기준 또한 모호하다. 따라서, 본 연구에서는 총 25개 강우사상(2012 ~ 2014년)을 대상으로 비슬산강우레이더 관측자료와 관측영역 내 지상강우자료를 이용하여, 누적강우량, 평균차, 상대분산, 변동계수 등을 통해 레이더강우의 정량적인 불확실성을 요약 제시하고자 하였다. 본 연구는 레이더강우의 정량적인 불확실성을 파악할 수 있는 기초적인 과정이며, 도출된 연구결과는 현재 레이더강우 추정의 수준을 파악하고 추후 레이더강우의 개선 수준을 비교 검토 할 수 있는 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

최근 레이더를 이용한 정량적 강수추정과 관련된 연구가 활발히 수행되고 있으며, 우량계와 레이더 자료의 합성과 관련된 연구가 수행되고 있다. 이는 정도 높은 우량계 자료의 장점과 강우의 공간분포를 파악할 수 있는 레이더 자료의 장점을 결합하여 고품질의 자료를 생산할 수 있기 때문이다. 자료합성과 관련된 다양한 기법이 도입되었고, 크리깅의 한 종류인 코크리깅이 널리 사용되고 있다. 크리깅은 값을 알고 있는 지점의 자료를 가중선형 조합하여 미지점의 값을 예측하는 경험적 방법으로 연속적이며 정규분포를 따르는 자료에 대해 유효하다. 그러나 강우자료는 강한 양의 왜곡도를 나타나고 간헐성도 강하게 나타나 크리깅의 이러한 조건을 만족시키지 못한다. 이로 인해 강우 자료에 크리깅을 수행할 경우 예측 값이 왜곡되거나 편향될 가능성이 크다. 이에 본 연구에서는 강우의 간헐성과 정규분포를 따르지 않는 특성을 고려하여 단순크리깅의 적용방법을 개선하였다. 단순크리깅은 가장 간단한 크리깅 기법으로 설명이 쉽고 적용사례를 비교하기 유리하여 이를 개선하면 다른 복잡한 크리깅 기법에도 쉽게 적용이 가능한 이점이 있다. 본 연구에서는 모의 자료와 레이더 강우 자료를 이용하여 단순크리깅을 수행하였고, 그 결과를 비교하여 자료의 간헐성과 비정규적 특성이 예측 값에 미치는 영향을 분석하였다.

기후변화에 의한 자연재해의 규모와 빈도가 증가함에 따라 수자원 영향 평가 및 대응전략 수립을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 물리기반의 분포형 수문기상모형인 DHSVM을 이용하여 2012년-2014년 동안의 한반도 유역의 기상인자 자료를 수집하여 증발산, 토양수분, 현열, 잠열, 지열, 순복사량 등의 수문기상인자를 산정하였다(Fig. 1). 모형의 적합성 평가를 위해서 안동댐 유역에 대하여 검정통계량으로 NSE(Nash-Sutucliffe model efficiency coefficient), RMSE, $R^2$, MAPE(mean absolute percentage error example)위한 계산하였다.

수문 순환과 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량 등에 대한 관측이 이루어질 때 실제로 규명될 수 있다. 특히 국내 지형의 대부분을 차지하고 있는 산림 사면에서 토양수분량 측정은 물순환을 이해하는데 중요한 것으로 판단된다. 본 연구는 국토교통부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 수문자료의 다양화 목적을 가지고 TDR(Time Domain Reflectometry, TDR) 장비를 이용하여 2시간 간격으로 2015년 3월부터 12월까지 측정을 수행하였다. 관측지점은 경기도 파주시 적성면 설마리의 설마천 유역 내에 위치한 감악산내 범륜사 주변 사면과, 충청북도 음성군의 청미천 유역내의 수레의산 산지 사면에서 수행하였다. 관측소에서 측정된 토양수분량 자료는 토양수분량의 시공간적 분포 특성을 파악하기 위해 토양수분량의 통계분석(평균, 표준편차, 변동계수)를 수행하였다. 설마천유역의 설마천 관측소에서는 2015년 강수량이 적어 2014년의 토양수분량 평균값보다 낮게 측정되었다(평균 12.96%, 표준편차 2.2%). 청미천유역의 청미천 관측소에서도 설마천관측소와 마찬가지로 과거보다 적은 강수량이 발생하였지만, 설마천 관측소와는 다르게 안정적인 토양수분 평균값을 유지하는 것은 설마천 관측소 보다 토양층이 발달하고 토성의 점토 함량이 상대적으로 높기 때문으로 보인다. 청미천 관측소의 토양수분량은 평균 24.3%, 표준 편차 1.7%로 나타났다.

수문 순환과 물 수지에 관한 연구는 강수량, 지표유출량, 지하수, 토양수분 및 증발산량 등에 대한 관측이 이루어질 때 실제로 규명될 수 있다. 하지만, 수문 순환과 물수지 평가에 중요한 부분을 차지하는 증발산량의 경우 관측값보다 단순한 가정이나 경험식에 의한 추정값을 사용하고 있어 그 자료의 신뢰성에 대해서도 꾸준히 문제가 제기되어 왔다. 따라서, 수문 순환과 물수지의 정량적인 분석을 위해서는 수문 순환 과정에서 상당부분을 차지하는 증발산량의 측정(실측)과 자료의 축척이 필요한 실정이다. 본 연구는 국토교통부의 기초수문자료 구축사업의 일환으로 수행되고 있으며, 수문자료의 다양화 목적을 가지고 에디공분산 기술을 사용하여 증발산량을 직접 관측하고 있다. 관측지점은 한반도의 약 70%를 차지하는 산림지 중 대표적 식생 기능 형태인 혼효림으로 구성된 지점(설마천 관측소, 2007년 8월부터)과, 인위적인 관개가 이루어지는 논경지(청미천 관측소, 2008년 8월부터)에서의 증발산량 측정을 수행하였다. 그 결과 두 지점에서 증발산량의 계절 및 경년 변동 특성을 파악 할 수 있었다. 혼효림(설마천 관측소)에서 산정된 증발산량은 2008년 471.7mm, 2009년 408.4mm, 2010년 489.4mm, 2011년 387.0mm, 2012년 323.3mm, 2013년 293.3mm, 2014년 360.9mm, 2015년 419.6mm이고, 강수량 대비 증발산량은 18.9%~56.2%를 보였다. 논경지(청미천 관측소)에서 산정된 증발산량은 2009년 571.8mm, 2010년 650.6mm, 2011년 523.9mm, 2012년 509.8mm, 2013년 467.9mm 2014년 533.9mm, 2015년 600.5mm이고, 강수량 대비 증발산량은 25.6%~71.4%를 보였다. 강수량 대비 비율의 최대값은 설마천 관측소는 2014년, 청미천 관측소는 2015년에 발생하였다.. 평균 증발산량 비율은 산림지인 설마천 관측소보다 논경지인 청미천 관측소가 평균 15.5%정도 높게 나타났다.

잠재증발량에 대한 많은 경험식들이 제시되어 있지만 각각의 방식에 대한 국내의 적용성에 대하여 구체적으로 비교검토된 사례는 매우 제한적이다. 널리사용되고 있는 Hargreaves식은 비교적 단순한 형태를 지니고 있으나 대기수분량을 계산에 반영치 못하는 한계를 지니고 있다. 본 연구에서는 남한 내 다목적 댐 유역의 1973-2014년 기상자료를 바탕으로 Penman-Monteith (P-M) 식과 Hargreaves식을 통해 계산한 잠재증발산량($ET_{PM}$, $ET_{Harg}$)의 비교를 통해, Bouchet (1963)의 보완 관계 관점에서 $ET_{Harg}$가 $ET_{PM}$에 비해 과다 산정되는 경향이 있음을 확인하였다. 이에, 1973-2004년에 대한 각 댐 유역의 기상관측소 단위별로 산정된 $ET_{PM}$을 상대적인 정해로 간주하여 Hargreaves식의 매개변수를 추정하였다. 추정된 매개변수는 동일 관측소의 2005-2014년 기상자료와 함께 Hargreaves식에 적용 후, 다목적 댐 유역별 $ET_{PM}$과 $ET_{Harg}$을 산정하여 검정을 수행하였다. 수행 결과, Hargreaves 식의 매개변수 조정 전 $ET_{PM}$과의 Nash-Sutcliffe 일치계수는 0.47-0.79 (1973-2004), 0.28-0.76 (2005-2014)이었고, RMS 오차는 17.79-25.85 (1973-2004), 18.24-27.40 (2005년-2014년)이었으나, 매개변수 조정 후 Nash-Sutcliffe 일치계수는 0.96-0.98 (1973-2004), 0.95-0.98 (2005-2014)로, RMS 오차는 5.78-7.11 (1973-2004), 4.97-6.95 (2005-2014)로 조정 전 보다 향상된 결과를 보였다.

최근 이상기상현상과 기후변화로 인하여 국지적인 집중호우의 빈도 및 규모가 증가하고 있으며, 이로 인한 돌발 홍수피해가 증가하고 있다. 이러한 홍수 피해를 줄이기 위해서는 정확도가 우수한 초단시간(1~2시간 이내) 예측 강우량 정보가 필요하다. 본 연구에서는 집중호우에 대한 초단시간예보 및 실황 예측을 위해 시공간적으로 고해상도 자료를 제공할 수 있는 기상레이더 강우자료와 위성영상 자료를 결합하여 초단기 강수 예측기법 개발 연구를 수행하였다. 또한 기상레이더 강우량은 지상강우관측에 비해 정확성이 낮고, 많은 불확실성을 포함하고 있으므로, 위성영상에서 산출되는 강우자료와 결합하여 강우추정의 정확도를 개선하고자 하였다. 레이더 볼륨자료에서 반사도 자료를 추출하여, 1.5km CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 자료를 생성하고, 반사도 CAPPI 자료의 패턴 상관분석을 통하여 강우시스템의 최적 이동벡터를 산출하였다. 또한 이동벡터를 고려하여 시공간적으로 외삽하여 강우이동 예측 모델을 개발하고, 초기자료로 레이더와 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 영상자료에서 생성되는 강우자료를 결합한 강수장 자료를 이용하여 강수 예측장을 생성하였다. 레이더-위성 결합 초단기 강우예측 모델의 정확성 검증을 위하여 2014년 8월 25일 부산 및 영남 지역에 발생한 집중호우 사례에 대하여 지상기상자동관측시스템(Automatic Weather System, AWS) 강우 측정 결과를 비교 분석 하였으며, 그 적용 가능성을 검증하였다. 초단기 강우예측 분석 결과 지상강우자료와의 오차가 발생하나, 추후 여러 통계적 후처리 과정을 통하여 그 성능이 개선될 것으로 보이며, 보다 정확한 강우량 예측을 위해서는 지속적인 알고리즘 개선 및 모형의 검 보정이 필요할 것으로 사료된다.

일반적으로 가뭄은 신뢰성 높고 활용이 쉬운 강수량 자료를 활용하여 판단되고 있으나, 복합적인 대응을 하기 위해서는 증발산량, 토양수분 등 다양한 변수를 고려해야 한다. 이러한 수문기상정보들은 관측자료의 자료 확보기간이 통계 분석을 하기에 짧거나, 시공간적 대표성 부족 등의 단점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 지면모델이 대안으로 널리 활용중이나, 이를 실제로 가뭄에 활용한 응용연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 미국 NASA의 전지구지표자료동화체계 GLDAS (Global Land Data Assimilation System) 산출물을 활용하여 지면모델 기반의 수문기상정보를 국내 가뭄감시 연구에 적용하고자 하였다. 이를 위해, GLDAS 프로젝트를 통해 제공되는 다중모델 기반의 증발산량, 토양수분 결과를 비교 분석하고 이를 직접 활용할 수 있는 가뭄판단 지수에 적용하여 성능을 검토하였다. 이를 통해 GLDAS 산출 정보가 가뭄판단에 있어 발휘하는 성능을 평가함으로써, 향후 본원에서 구축할 지면 모델 앙상블 시스템의 가뭄감시정보 산출의 효과를 간접적으로 검토하고자 한다.

증발산량은 수자원 부존량 평가, 물수지 분석, 지구의 물순환 및 에너지 순환을 이해하기 위해서 알아야할 수문량이나, 이를 산정하기 위하여 단순한 가정을 하거나 경험식을 사용하는 접근에는 신뢰성에 문제가 생긴다. 본 연구에서는 아시아 지역내의 여러 지점에서 에디공분산 시스템을 활용해 플럭스 자료를 구축해놓은 Asia Fluxnet의 자료를 활용해 보완관계법(Complimentary relationship) 기반으로 제한된 기상자료를 이용해 구한 증발산량을 산정하는 방법론들을 평가하였다. Granger and Gary(GG)는 실제 증발산량은 습윤조건의 증발산량의 2배에 잠재 증발산량간의 차와 같다는 보완관계를 수정하여 일반화하고, 잠재 증발산량을 산정하는 경험식을 제시하였다. 이러한 수정된 보완관계식을 활용한 GG 방법론을 활용하여 산정한 증발산량을 측정된 증발산량과 비교한 정확성을 정량화 하기 위해 Average root mean square error (RMSE), mean absolute bias (BIAS), coefficient of determination ($R^2$)과 같은 통계값을 이용하였다. 최종적으로 각 사이트의 기후를 Aridity Index (AI)를 이용하여 분류하였으며 분류된 기후별로 GG 방법론의 적용성을 검토하였다.

현재 국내외에서 제공되고 있는 기후변화 시나리오 자료의 경우 일단위로 제공되고 있다. 그러나 수자원 설계 및 계획 시 중요한 입력자료 중 하나는 시간단위 강우 자료이다. 이러한 시간단위 자료는 강우-유추 분석, 댐 설계 및 위험도 분석에 있어 중요한 입력 변수중 하나이므로 기후변화 시나리오에 따른 영향을 평가하기 위해선 신뢰성 있는 상세화 기법이 필요하다. 국내외에서는 일단위에서 일단위로 상세화 하는 기법, 또는 공간상세화 기법 연구는 상당히 진행된바 있는 반면, 시간단위 상세화 기법 연구는 일단위 연구에 비해 상대적으로 미진한 실정이다. 즉 일단위 상세화 기법의 경우 Weather generator, Weather typing 등 다양한 기법이 존재하고 이를 활용한 연구사례가 많지만, 시간단위 상세화 기법의 Poisson 기법을 활용한 사례가 다수 존재하였다. 이러한 이유로 본 연구에서는 기후변화 시나리오에 따른 영향을 평가하기 위해 Bayesian 기법을 도입하여 신뢰성 있는 시간단위 강우량을 생성할 수 있는 모형을 개발하였으며, 연대별로 산정된 결과는 빈도해석을 통해 미래 확률강우량을 제시하였다. 본 연구에서 제안하고자 하는 Bayesian Copula 모형은 기존 주변확률분포(marginal distribution) 매개변수와 Copula 매개변수 추정시 각각 다른 기법을 활용하여 추정하며, 각각 모형에서 발생하는 불확실성은 추정하지 못하는 반면, Bayesian Copula 모형의 경우 매개변수의 사후분포를 정량적으로 제시할 수 있으며, 추정되는 확률강우량 역시 불확실성을 정량적으로 산정할 수 있는 장점을 확인할 수 있었다.

Hydrological modeling is a very complex task dealing with multi-source of data, but it can be potentially benefited from recent improvements and developments in remote sensing. The estimation of actual land surface evapotranspiration (ET), an important variable in water management, has become possible based entirely on satellite data. This study adopted a Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) with the use of MODerate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) satellite products. The SEBAL model is one of the commonly used approach for the ET estimation. A primary advantage of the SEBAL model is rather its minimum requirement for ground-based weather data. The MODIS provides ET (MOD16) product that is based on the Penman-Monteith equation. This study aims to further develop the SEBAL model by employing a more rigorous parameterization scheme including the estimation of uncertainty associated with parameter and model selection in regression model. Finally, the proposed model is compared with the existing approaches and comprehensive discussion is then provided.

산업혁명 이후 인간사회의 산업화 및 도시화의 가속으로 지구온난화는 기후변화를 야기해 왔으며, 이로 인한 각종 부정적인 영향과 심각성은 날로 커져가고 있는 현실이다. IPCC(Intergoverment Panel on Climate Change)는 기후변화의 주범인 온실가스를 감축할 지라도 기후의 탄성 때문에 앞으로 수세기 이상 계속 진행될 것으로 전망하였으며, 기후변화 영향의 근원적 방지는 불가능하기 때문에 결국 수자원 관리 측면에서도 기후변화에 적응하기 위한 각종 적응전략 개발의 필요성을 강조하였다(IPCC, 2007). 또한, 극한강수의 발현비율이 도시 및 비도시 지역의 구분 없이 과거 30년에 비해 크게 증가하고 있으며 이러한 추세는 수공구조물의 치수안전도 저하에 큰 영향을 준다. 우리나라는 그동안 하천, 유역 홍수저감 시설물과 댐 등 대형 수공구조물에 대한 안전성 평가를 주기적으로 수행해 왔으나 단순히 모니터링을 통하여 현재의 안전기준의 부합 여부만을 판단하는 수준에 그치고 있다. 장래 증가하는 홍수피해에 대처하기 위해서는 다양한 극한강우 및 극한홍수시나리오를 기반으로 시설물 설계기준별 홍수 위험도와 취약성을 평가하고, 극한홍수 방어기준을 재설정하여 현재 설계기준을 제고할 필요가 있으며, 시설물별 안전도 평가와 위험도 저감계획 및 경제성 평가를 종합적으로 고려한 실행프레임워크 개발이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SEEP/W 모형을 이용하여 일반적인 하천 제방을 바탕으로 침투해석을 실시하여 그 결과를 이용하여 안정성 평가에 대하여 검토하였다. 또한 기후변화에 따른 도시하천의 수문특성 변화분석 결과를 바탕으로 향후 발생할 수 있는 극치 수문사상의 값을 반영한 설계기준 강화 수방시설 계획 등의 연구에 활용하며, 여러 가지 수문학적 불확실성에 의하여 가변 가능한 도시하천 유역의 취약성 평가 및 위험도 분석을 통한 기후변화 대응과 수공구조물 설계 및 수방전략 수립에 활용하고자 한다.

주어진 시계열 자료의 경향성을 분석하고 판별하는 것은 수문 자료의 분석에서 가장 우선적으로 수행되어야 할 절차이며 경향성의 유무에 따라 자료를 분석하는 방법이 달라지게 되므로 매우 중요한 부분이다. 일반적으로 국내에서 주로 사용되는 수문 시계열 자료의 경향성 분석 방법으로는 비매개변수적인 방법인 Mann-Kendall test, Spearman's rho test, Hotelling Pabst test, Sentest 등이 있으며 그 중에서도 국내외 수문 자료의 경향성 분석에는 비교적 높은 기각력을 보이는 Mann-Kendall test가 주된 방법으로 활용되어 오고 있다. Mann-Kendall test는 통계적 유의성을 바탕으로 한 경향성 판별 방법으로 시계열 자료 내에 존재하는 경향성의 형태를 분석하여 경향성 유무를 판별하는 것에는 한계가 있다. 경험적 모드분해법을 활용한 경향성 분석 방법은 체거름 과정을 통하여 주어진 시계열 자료를 내재모드함수로 분해한 후, 추출된 모든 요소를 제거하고 남은 잔여값의 형태를 이용하여 경향성 유무를 판별하는 방법으로 자료에 내재된 경향성의 형태를 확인할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 경험적 모드분해법을 이용한 경향성 분석 방법을 소개하고, 모의를 통한 시계열 자료를 이용하여 경향성 분석에 적용한 후 기존에 사용되어온 Mann-Kendall test와의 비교를 통해 적용성을 평가하였다.

현재 한국건설기술연구원에서 X-밴드 이중편파레이더를 운영하고 있으며, 이 결과 NetCDF 파일형식의 레이더 관측자료가 생성되고 있다. 레이더 자료포맷인 Netcdf 자료의 경우 레이더 관측과정에서 발생한 결과를 극좌표 형식으로 저장하고 있어 이를 분석이나 시스템에 적용하여 활용하기 위해서는 격자좌표로 변환하는 것이 필요하고, 또한 다양한 자료 변환 및 추출작업을 텍스트 기반으로 하기 위해 다양한 사전 작업이 필요하여 일반사용자가 사용하는데 어려운 상황이다. 그래서 이를 쉽게 수행할 수 있도록 JAVA를 이용하여 윈도우 기반으로 사용할 수 있는 프로그램(KICTRadar4WIN) 프로그램을 개발하였다. KICTRadar4WIN 프로그램의 경우 레이더 자료 품질관리, 레이더 자료 관리, 레이더 자료 추출, 레이더 자료 표출의 4가지 기능을 포함하고 있다. ${\bullet}$ 레이더 자료 품질관리 - 원시자료에 QC 기준을 입력하여 QC된 레이더자료를 생성 ${\bullet}$ 레이더 자료관리 - CAPPI 자료생성 : 관측된 PPI 및 RHI 자료를 이용하여, CAPPI 자료를 생성 - QPE 자료생성 : CAPPI 자료를 이용하여 QPE 자료를 생 - QPE 자료보정 : 지점우량을 이용한 G/R비를 산정하여 QPE 보정자료를 생성 ${\bullet}$ 레이더 자료 추출 - 격자자료 추출 : PPI, CAPPI, QPE 자료를 TEXT 자료로 변환하여 저장 - 지점자료 추출 : 입력된 지점좌표 중심으로 선택한 범위의 평균값을 TEXT 파일로 저장 - 면적자료 추출 : 입력된 면적자료의 평균값을 추출하여 TEXT파일로 저장 ${\bullet}$ 레이더 자료 표출 - 영상표출 : PPI, CAPPI, QPE 관측변수 자료를 그림파일 생성 - KMZ 자료생성 : PPI, CAPPI, QPE 자료를 KMZ 파일 생성

본 연구에서는 기상청 RCM으로부터 생산된 미래 이슬점자료를 이용하여 편의보정 및 시간적인 규모내림방법의 적용에 있어서 그동안 간과하고 있었던 사항들을 살펴보고, 그러한 부분들에 대한 보완방법을 100년 빈도 12-시간 지속 이슬점 산출과정을 대상으로 제안하고자 한다. 우선 기후모델로부터 도출된 자료와, 관측된 자료 사이의 일치성 여부를 먼저 확인하기 위해 기후모델로부터 도출된 자료를 이용하여 과거 관측자료와의 재현성을 평가한다. 또한 기후모델의 여러 가지 한계로 인해 생기는 불일치성을 극복하기 위해 편의보정이라는 절차를 수행하여 모델로 부터 도출된 미래 기후자료를 보정하게 된다.본 연구의 경우 5월부터 10월까지의 자료를 대상으로 매월 1-15일 시기와 16-말일로 나누어 총 12개의 시기별, 지점별(62개 지점)별로 편의보정을 수행하였다. 또한 편의보정 되어진 이슬점 자료를 바탕으로 scale-invariance 기법을 적용하여 일-단위 이슬점자료로부터 시간-단위 이슬점 정보를 추출하였다. 먼저 62개 지점별로 1981-1997년(보정기간) 17년 동안의 과거관측자료를 이용하여 시기별 일 이슬점자료로부터 시기별 12-시간 지속 100년 빈도 이슬점을 산출하는 함수관계를 구축한 후 이를 이용하여 1998-2014년(검증기간) 17년 동안의 시기별 일 이슬점 자료로부터 시기별 12-시간 지속 100년 빈도 이슬점을 산출하여, 실제 검증기간의 시간자료를 이용한 12-시간 지속 100년 빈도 이슬점과 비교해 보았다.

댐이나 홍수방지시설과 같은 대규모 수공구조물의 설계 및 평가에는 주로 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP)가 적용되고 있다. 이러한 PMP의 산정은 관측자료의 정상성 가정을 기반으로 하기 때문에 기후변화와 같은 비정상성을 고려할 수 없다. 본 논문에서는 이러한 문제를 극복하기 위해 대기 프로세스의 비정상성 효과를 반영할 수 있는 물리적 기반의 수치 기상 모형(Numerical Weather Model)을 이용하여 최대강수량(Maximum Precipitation, MP)을 산정하는 접근법을 제시하고자 한다. 사례 연구로 대상 극한 강우사상을 식별하고, 식별된 사상들은 지역 대기 모형 중 하나인 WRF를 이용하여 재현된다. 이때, 한국 내의 약 650개의 AWS 자료와 NCEP에서 제공하는 전세계 기상관측자료 및 해수면 온도 자료를 사용하여 초기조건과 경계조건을 개선하고, 총 강수량과 강우의 공간적인 분포를 재현하기 위한 최적 물리옵션을 찾기 위해 다양한 수치실험이 수행된다. 최종적으로 재현된 극한 강우사상은 모형의 경계조건과 수분 최대화의 통해 최대화되어 물리적으로 가능한 최대 강수량을 산정하게 된다. 본 연구는 제한된 강우사상을 대상으로 최대 강수량을 산정하였기 때문에 추후 다양한 강우사상에 대한 연구와 강우의 최대화에 대한 보완이 필요하지만, 정상성 가정에 의존하지 않는 극한 강우사상 산정에 잠재적인 대안이 될 것이라 기대된다.

현재 댐운영 계획 수립 시 매월 유지해야 하는 저수량의 범위를 나타낸 기준수위가 사용되고 있으며 매년 홍수기 말에 현재의 수문 상황과 장래의 전망을 통한 시기별 연간, 월간 댐운영 계획을 수립하고 있다. 물관리의 이수측면에서 댐수위 운영계획 수립과 홍수기 운영목표 수위를 결정하는데 활용하기 위해서는 계절단위, 연단위의 기상정보가 필요하다. 본 연구에서는 기상청에서 운영하고 제공하는 전지구 계절예측시스템 GloSea5(Global Seasonal forecasting system version 5)자료를 활용하여 금강유역에 적용하고자 하였다. GloSea5는 전지구계절예측시스템으로 대기(UM), 지면(JULES), 해양(NEMO), 해빙(CICE)모델이 서로 결합되어 하나의 시스템으로 구성되어 있으며 공간 수평해상도는 N216($0.83^{\circ}{\times}0.56^{\circ}$)으로 중위도에서 약60km이다. Hindcast자료는 유럽중기예보센터(ECMWF)에서 생산된 ERA-Interim 재분석장을 대기 모델의 초기장으로 사용하며 기간은 1996~2009년의 총 14년이다. 예보자료의 검증은 예보의 질을 결정하는 과정으로 Brier Skill Score (BSS), Reliability Diagrams, Relative Operating, Characteristics (ROC)등을 통해 정확성과 오차에 의한 예보의 성능을 검증하였다. 또한 Glosea5의 통계적 상세화를 수행하여 다양한 변수가 갖는 계통적인 지역 오차를 보정함으로써 자료의 신뢰도를 향상시키고자 하였으며 이는 이후 수문모델과의 연계 시 보다 정확하고 효율적인 댐운영에 활용할 수 있는 기후예측정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

전세계적으로 기후변화에 따른 가용 수자원의 부족과 물 재해가 증가하고 있으며, 이에 따른 수자원 및 물산업의 중요성이 강조되고 있다. 또한 세계 수자원 시장이 점차 확대될 것으로 전망되어 공공기관 및 국내기업은 해외 시장 진출을 위한 다양한 사업을 진행하고 있다. 해외 수자원산업의 진출을 위해서는 해당 국가의 수자원 현황파악과 수자원개발 계획에 대한 면밀한 분석이 필요하며, 물수지 영향을 검토하기 위한 타당성 조사가 요구된다. 본 연구에서는 아시아 개발도상국의 수자원개발 계획과 특성을 비교하고 물수지 분석을 위한 자료의 가용성을 평가하고자 한다. 대상지역은 아시아 개발도상국인 3개 국가(베트남, 이란, 파키스탄)를 선정하였으며, 각 국가의 수자원개발 계획의 특징을 분석하였다. 우리나라 사례와 비교하기 위해 국가수자원 장기종합계획과 국가 간 이수 및 치수부문별 계획의 차이점과 특성을 분석하였으며, 국가별 수자원계획에 활용한 수요 및 공급부문별 자료 특성을 비교하였다. 본 연구결과는 해외 수자원산업 진출을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 물수지 분석 및 평가를 통해 수자원개발 가능성을 정량적으로 제시하고자 한다.

토양수분, 증발산량, 유출량 등의 고해상도 수문기상요소 산출을 위한 지면모델 활용 기술은 기상 및 수문분야에서 널리 활용 중에 있다. 본 연구에서는 미국 국립대기과학연구소(NCAR)에서 개발된 기상-수문 결합모델 WRF-Hydro(Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling extension package)을 활용하여 낙동강 유역에서 발생한 돌발홍수 사례 실험에 적용하여 강우량 및 수문기상요소 전체를 모의함으로써 기상-수문-지면 결합모델을 활용한 수문기상요소 산출하고자 하였다. 이를 기존의 기상모델로부터 입력강제자료를 제공받아 Off-line 형태로 결합된 지면모델(TOPLATS, TOPmodel-based Land Atmosphere Transfer Scheme) 결과와 비교하였고 기상-수문 결합모델의 국내 적용성을 검토하였다. 기상-수문-지면 결합모델(WRF-Hydro)의 초기장 및 경계장은 기상청 현업 모델에서 생성된 국지예보모델자료 1.5km 자료(LDAPS, Local Data Assimilation and Prediction System)를 사용하였으며, 모델의 적분기간은 돌발홍수 사례에 따라 24~36시간을 수행하였다. WRF-Hydro 모델의 물리모수화 방안은 작년까지 기상청에서 현업운영되는 KWRF의 방안들을 준용하였으며, WRF-Hydro 수행을 위해 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer(ASTER)에서 제공되는 30 m 해상도의 수치표고자료를 GIS(Geographic Information System)를 활용하여 지표유출방향을 설정하였다.

우리나라는 보통 2~3년에 한 번 정도로 크고 작은 가뭄이 발생하지만 최근에는 그 피해가 점점 늘어나 2006년 이후에는 거의 매년 가뭄현상이 발생하고 있다. 특히 2015년에는 강수량이 평년의 절반도 되지 않는 수준이었다. 가뭄의 원인은 전 세계적인 엘리뇨, 라니냐 등 이상기후에 따른 변화로 인해 강수량 부족과 온도상승으로 인한 물부족 등이 있다. 가뭄의 평가는 강수량, 하천유량, 지하수 등 수자원 자료를 활용하여 가뭄지수로 평가하는 것이 일반적이다. 가뭄피해 추정방법론에 의해 생활용수, 공업용수, 농업용수, 하천유지용수와 수력 발전 손실에 따른 피해규모 등으로 구분되어 진다. 그러나, 가뭄 피해산정은 피해면적, 제한급수일수, 가뭄의 시작과 끝 등의 규모나 범위를 정하기 어렵고 요구되는 자료가 방대하기 때문에 쉽지 않다. 본 연구에서는 충청북도 청주지역의 농업부문에 대한 가뭄피해산정을 분석하기 위해 표준강수지수(Standardiz d Precipitation Index, SPI)를 파악하였다. 또한, 단일작물을 선정하여 통계연보를 활용하여 2006년부터 2015년까지 총 10년간 년도 별 단일작물에 대한 생산량, 평년 생산량, 경작 면적 등을 분석하고 농작물 피해가 발생한 실제 농작물 피해면적을 분석하여 경작면적에 대한 가뭄 전 후의 생산량을 분석하여 년도별 가뭄 피해추정액을 산정하였다.

인류문명의 발달과 함께 경제력도 크게 개선되었으나 인구가 집중되어 있는 도시지역에서의 침수가 반복되고 있다. 도시침수는 직간접적인 피해규모가 심각하므로 구조적인 대책과 비구조적인 대책을 통하여 홍수방재에 많은 투자가 이루어져 왔다. 또한 계획규모 또한 상향조정되어 있다. 그러나 실제로 향상된 계획규모에 적합하도록 전체 홍수방재시설을 개수하는 데는 많은 기간과 예산으로 인하여 진행이 이루어지고 있지 못하고 있으며 과거의 호우사상에서 살펴볼 수 있는 바와 같이 계획규모를 크게 초과되는 홍수는 자주 발생되어 왔으며 이로 인한 도시침수도 계속되어 왔다. 이러한 현상은 기후변화 및 돌발홍수 등으로 인하여 앞으로도 반복될 가능성이 매우 높아질 것으로 예측된다. 따라서 현재의 홍수방재시설에 대하여 향상된 계획규모의 호우사상 또는 이를 초과하는 극대호우사상에서의 홍수방재를 위한 방안수립이 시급한 상황이라고 판단된다. 본 연구에서는 계획규모를 초과하는 극대호우사상에 대비하여 최소한의 예산으로도 획기적으로 도시침수를 억제할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 도시지역에서의 홍수방재는 침수억제가 가장 중요하므로 침수모의를 통하여 통수능이 부족한 경우라도 침수가 발생되지 않는 지역은 제외하고 침수에 취약한 지점만을 대상으로 침수원인을 파악하여 역경사 또는 경사부족구간의 개선, 소규모 분산형 저류지를 통한 침수억제 및 빗물저류조와 빗물펌프장에서의 운영강화 등을 통하여 경제적인 침수억제방안의 수립을 전제하여 침수모의를 수행하였다. 연구결과 최소한의 구조적 개선과 기존 방재시설의 운영강화로 기왕의 홍수사상에서 발생된 침수에 대비하여 침수발생을 크게 저감시킬수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 전반적인 개수보다는 중요침수지역들을 대상으로 우선순위를 결정하여 침수원인을 해소 하는 방안으로 홍수방재계획을 추진한다면 빠른 기간에 작은 예산으로 도시침수를 크게 저감 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

최근 기후변화로 인한 극한강우현상의 강도가 증가함에 따라 유출량과 첨두유량이 급격하게 증가하고 도달시간이 짧아지고 있어 홍수에 대한 피해가 증가하고 있다. 이와 더불어 도심지에서는 불투수면적 비율이 늘어나 수문순환에 큰 영향을 보이고 있다. 특히, 우리나라는 도시지역에 인구의 91.58%가 거주하고 있음에 따라 도시집중현상이 나타나고 있어 도심지의 홍수피해는 더욱 심각한 상황이다. 이에 본 연구에서는 서울의 청계천 유역을 대상으로 도시홍수 위험도 분석을 실시한다. SWMM을 이용하여 청계천 유역을 구성하고 소유역으로 나누어 재현기간에 따른 유출량에 대한 분석을 실시하고, 홍수 피해에 영향을 줄 수 있는 인문, 사회적인 자료를 수집한다. 소유역별로 수집된 자료를 바탕으로 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)을 통해 도시홍수에 대한 위험도 분석을 실시하였다.

낙동강 하류구간인 남강합류점에서 낙동강하구둑까지는 하상경사가 약 1/10,000보다 작은 매우 완만한 경사를 이루고 있으므로 홍수기 고수위를 장시간 유지하는 등 홍수소통에 불리한 조건을 가지고 있다. 이처럼 하상경사가 매우 완만한 하천에서는 홍수파의 전파 특성이 하상경사, 수심경사, 그리고 이송가속도와 국부가속도 경사 등 운동량 방정식의 각 항 모두에 영향을 크게 받는 것으로 알려져 있다. 따라서, 낙동강 하류구간의 홍수분석 정확도 개선을 위해서는 대상구간에 유입하는 홍수수문량의 크기 및 변화를 정확히 반영하는 것이 무엇보다 중요하다. 하천 본류로 유입하는 지류의 홍수량을 산정하는 보편적인 방법은 지류 하류의 수위관측소에서 구축된 수위-유량관계곡선을 이용하는 것이다. 그러나 본류 수위의 배수영향을 받는 지류 하류 구간에서는 단일 수위-유량관계의 결정이 불가능하므로 지류 유출량 산정을 위한 새로운 방법이 필요하다. 본 연구에서는 낙동강 하류구간(창녕 함안보~낙동강하구둑) 유역면적의 약 45% 이상을 차지하는 밀양강 유역의 홍수기 유출량 산정을 위하여 HPG(Hydraulic Performance Graph)를 이용하였다. HPG는 배수영향을 받아 시시각각 수리특성이 변화하는 구간에서도 유량 및 상하류 수위 등 수리특성 추정에 합리적인 결과를 제공하는 것으로 알려져 있다. 2012년 태풍 산바 사상을 대상으로 HPG를 이용하여 산정한 밀양강 홍수량과 기존 수위-유량관계로 산정한 홍수량을 각각 경계조건으로 사용한 경우로 구분하여, 낙동강 하류구간 주요 지점인 삼랑진과 구포의 홍수위 예측 정확도를 비교하였다. 비교결과, 기존 방법과 HPG를 이용한 방법 모두 예측시점이 첨두발생 시각에 가까워질수록 평균오차가 감소하는 것으로 분석되었다. 그러나 기존 방법은 예측시점에 따라 평균오차의 변화가 단조롭지 않고 진동이 발생한 반면, HPG를 이용한 방법은 기존 방법보다 오차의 감소가 단조롭고 지속적인 것으로 나타났으며 평균오차 또한 작았다. 본 연구결과, 배수영향을 받는 지류 하류구간에서 HPG를 이용한 유입량 산정은 본류 홍수위 예측 정확도 개선을 위한 경제적인 대안이 될 것으로 판단된다.

최근 우리나라는 기후변화로 인한 이상고온과 강수량 부족으로 인해 봄가을철 가뭄으로 고통받고 있다. 특히 2015년의 경우 전국 곳곳에서 호수나 저수지의 바닥을 드러내어 급수제한까지 발생등 가뭄으로 인한 피해가 커지고 있다. 일반적으로 가뭄은 장기간의 강우부족으로 인해 발생한다. 그렇기 때문에 기상학적 가뭄심도의 정도를 표현하기 위해 표준강수지수(SPI)를 사용한다. SPI는 특정지속기간 동안의 강수확률에 근거하여 다양한 기간적용이 가능하고 조기예측 및 가뭄의 심도를 쉽게 이해 가능하지만, 강수이외의 기온과 관련된 변수를 고려할 수 없다. 하지만 가뭄 재해에 있어서 강수량 부족뿐만 아니라 기온으로 인한 증발산량과 인근 하천의 유량분석을 통한 총괄적인 가뭄분석이 고려되어야한다. 그리하여 강수와 기온의 변동성을 원인으로 하는 증발산량의 변동성을 고려가능한 표준강수증발산지수(SPEI)를 이용하여 강수변화뿐만 아닌 증발산량을 분석하고, 월 유량으로 가뭄의 심도와 지속기간을 구분할 수 있는 하천수가뭄지수(SDI)를 이용하여 하천유량을 분석하였다. 그 결과 기상학적 가뭄지수인 SPI, SPEI와 함께 수문학적 가뭄지수 SDI분석을 통한 총괄적인 가뭄재해 분석을 하였다.

과거부터 지금까지 극한강수의 증가경향이 지속되어 미래에도 극한강수의 규모는 증가하고 빈도 또한 잦아지리라 전망되고 있으며, 특히 짧은 지속시간을 갖는 극한강수(국지성 호우)의 증가 경향이 확연한 편이다. 4대강 살리기 사업 이후 하천에 대한 접근성이 향상되어 하천의 기본 목적과 함께, 하천변의 친수지구로써의 활용이 증대되고 있다. 이렇듯 자연(기후) 및 사회환경 변화로 본류 보다는 작은 규모의 지류하천에 홍수위험도가 증가하겠고, 본류도 고(高)수위 보다는 하천변의 침수가 잦아지리라 전망된다. 홍수통제소는 변화하는 환경에 대응하기 위하여 '홍수예보지점의 확대', '홍수정보의 다양화'을 추진하고 있다. '홍수예보지점의 확대'를 통하여 현재 본류 중심의 홍수관리를 지류까지 확대하고, '홍수정보의 다양화'로 하천변(친수지구) 사용자가 요구하는 정보 컨텐츠를 발굴, 제공하여 홍수예보 및 홍수정보에 대한 맞춤형 서비스를 도입하고 있다. 따라서, 이 연구에서는 수요자 중심의 정보제공을 위하여 이용자가 많은 하천 시설물의 현황을 파악하여 현장조사 및 측량을 실시하였고, 측량결과를 바탕으로 친수지구의 위험이 예상되는 관심수위를 지정하였다. 연구결과, 하천변 용도별 현장조사, 위치, 고도 등이 포함된 DB가 구축되었고, 현장 측량으로 정해진 하천변 침수 관심수위의 재현정도를 조사하여 정보제공이 시급히 요구되는 지점을 결정하였다. 향후 이 결과를 기초로 하여 지형 및 하천특성 등을 추가 수집하고, 취약 구간에 대한 정보 제공 방안을 정형화하여 하천변 홍수피해의 최소화를 하고자 한다.

지난 해 금강수계 강수량은 835.0mm로 평년('81~'10)의 64.3%, 삽교천수계는 765.1mm로 평년의 61.1% 정도로 매우 적었다. 특히 작년 6월부터 9월까지의 금강수계 강수량은 343.1mm로 평년 894.8mm의 38.3%, 삽교천수계 강수량은 301.1mm로 평년 860.6mm의 35.0% 수준으로 일반적으로 연간 강수량의 2/3가 여름철에 집중되는 현상과는 매우 다른 양상을 보이며 충남 서북부지역 8개 시 군은 최악의 가뭄을 겪었다. 따라서 작년 가을에는 전국적으로 가뭄이 만연한 가운데에서도 충남 서북부 8개 시 군에는 8월말부터 시작된 물 절약 캠페인에 이어서 10월8일부터 물 사용량 20%를 줄이기 위한 급수조정이 시작돼 지역주민들의 일상생활이 제약을 받기 시작하였다. 수도꼭지를 틀어보아도 시원한 물줄기를 볼 수 있은 지가 오래되었고 목욕이나 세차 등으로 충분히 물 쓰는 것이 눈치가 보일뿐더러 마실 물 걱정까지 해야 하는 상황이었다. 그리고, 금강수계 대부분의 생활용수 및 공업용수 공급을 담당하는 대청댐의 상황도 2015년 9월말 기준 누적 강수량은 536.7mm로 전년 강수량 791.6mm 대비 67.8%, 예년 강수량 1,077.5mm의 대비 49.8% 수준으로 강수량이 매우 적은 상황이었다. 9월말 기준으로 대청댐의 '15년 누적 강수량은 1981년 댐 운영 이후 가장 최소이며, 2순위로 9월말 누적 강수량이 적었던 해는 1994년이며 이 때 누적 강수량은 543.8mm, 3순위로 적었던 해는 1982년으로 이 해는 585.8mm였다. 대청댐의 저수위 현황을 살펴보면 6월말에 예년 수준과 비슷한 수위로 운영하였지만 7월말부터 예년보다 수위가 낮아지기 시작하여 8월 이후에는 예년과 격차가 나기 시작하였고 작년 10월 중순에는 1981년 댐 운영 이후 3번째로 낮은 저수율을 보이고 있는 상황이었다. 따라서, 이러한 상황에 대처하기 위해 6월부터 실수요량 수준으로 용수를 공급하기 시작하였고 8월말부터 농업용수 공급량 중 일부를 감량하였고 10월부터는 생공용수만 하루 1,987,200톤으로 계획하여 공급하면서 '16년 우기 전까지 최대한 저수량을 확보하면서 용수공급을 지속할 수 있도록 운영하였다. 본 연구에서는 '15년 강수량 부족으로 상당한 어려움을 겪은 충남지역을 중심으로 가뭄 현황을 분석하고, 충남 서북부지역의 주요 공급원인 보령댐과 기타 충남지역의 주수원인 대청댐의 운영현황과 가뭄상황을 타개하기 위해 추진한 방안 등을 살펴보고자 한다.

본 연구에서는 최근 기후변화로 인한 집중호우의 발생횟수의 경향을 확률적으로 분석함에 있어 1개월 동안 80 mm/day 이상의 강우사상을 집중호우로 정의하여, 대구 및 부산 강우관측소로부터 수집된 384개월 동안의 집중호우를 분석하였다. 집중호우 월별 발생횟수와 같은 형식의 자료의 확률적 분석은 대개 Poisson 분포 (POI)가 사용되나 자료에 포함된 0자료의 과잉은 확률분포를 왜곡시키는 문제를 발생시킨다. 본 연구에서는 이 문제를 개선하기 위하여 개발된 일반화 Poisson 확률분포 (GPD), 0-과잉 Poisson 확률분포 (ZIP), 0-과잉 일반화 Poisson 확률분포 (ZIGP), Bayesian 0-과잉 일반화 Poisson 확률분포 (Bayesian ZIGP)를 집중호우 자료에 적용하고, 5개 모형의 특성을 비교분석하였으며, Bayesian ZIGP 모형의 구축에 있어서는 정보적 사전분포를 사용함으로써 모형의 정확도를 개선하였다. 분석결과 분석하고자 하는 자료에 0이 과다하게 포함되어 있는 경우 POI 및 GPD 분포는 관측결과와는 다른 결과를 제시하여 적절한 모형으로 고려되지 못함을 알 수 있었다. 5가지 모형 중 정보적 사전분포를 탑재한 Bayesian ZIGP 모형이 가장 관측 자료와 유사한 결과를 도출하였으나 모형의 구축에 수반되는 실용적인 측면을 고려하면 ZIP 모형도 충분히 사용될 수 있는 모형으로 추천되었다.

최근 한국은 지구환경 변화에 따른 기후변화 영향으로 집중호우로 인한 도시홍수가 급증하고 있다. 기상변화에 의한 집중호우와 급증된 도시화로 인해 불투수면적이 증가하고, 이는 홍수시 유출량을 증가시켜 기존 하도 또는 내배수 시스템의 적정 소통량을 초과하여 홍수를 발생시킨다. 그리하여 홍수피해를 저감하기 위해 구조적 및 비구조적 홍수방어대책들이 마련되어 시행하고 있다. 하지만 내수배제시설의 경우, 기존의 치수계획이 빗물펌프장 등 일부 구조물에 한정되어 있기에 해당 홍수방어시설에 과도한 부담이 있는 실정이다. 따라서 유역 내에 투수면적을 최대한 확보하여 토양의 수문학적 특성을 유지 보전시켜 첨두유량, 도달시간, 직접유출량을 도시 개발 이전상태와 최대한 유사하도록 하는 홍수유출저감시설을 설치하여 빗물펌프장과 같은 홍수방어시설에 대한 과부하를 덜어준다. 이러한 홍수유출저감시설은 크게 저류시설과 침투시설로 구분된다. 홍수유출저감시설들은 해당 지역의 입지특성, 재해저감효과 및 제약조건에 따라 설치 위치 및 규모가 결정된다. 또한 저감효과는 CN 값의 변화로 정량화하여 시설의 적합성을 판단할 수 있다. 본 연구에서는 SWMM 모형을 이용하여 김천시의 평화배수분구지역을 대상으로 CN 저감을 기반으로 한홍수유출저감시설을 평가하고자 한다.

본 연구에서는 동아시아 가뭄에 대한 발생원인과 예측가능성을 진단하기 위하여 대기순환패턴과의 상관성 분석을 실시하였으며, 원격상관 패턴에 의한 동아시아 가뭄의 시공간적 변화특성을 분석하였다. 또한 통계적 기법인 EEMD(Ensemble Empirical Mode Decomposition) 분석을 적용하여 원격상관패턴과 동아시아 가뭄의 예측가능성을 검토하였다. 본 연구는 동아시아 가뭄특성을 진단하고 가뭄예측기법의 개발을 통하여 현실적인 적응전략 수립에 유용하게 활용 될 것으로 기대된다.

무인항공기(UAV)는 군사적 목적으로 개발되었지만, 최근 다양한 분야에서 활용되고 있다. 수자원 관리를 위해서도 시대적 흐름에 따라 드론과 관련된 많은 연구가 진행되고 있다. 이수임 등(2015)은 UAV영상을 활용한 수변구조물의 DSM 생성 및 정확도 연구를 통해 지상 LIDAR와 같은 수준의 DSM 및 더욱 정확한 GCP 취득의 필요성을 제시했다. 이용창(2015)은 회전익 UAS 영상기반 고밀도 측점자료의 위치 정확도를 평가하였다. 이인수 등(2013)은 초경량 고정익무인항공기 사진측량기법의 정사영상 정확도 평가를 수행하였다. 또한 김민규 등(2010)은 풍수해 모니터링을 위한 UAV 적용성 분석을 실시하였고, 김홍래 등(2014)은 UAV를 활용한 감시정보정찰 임무분석 및 설계도구 개발을 위한 연구를 수행하였다. 상기와 같이 수자원 분야 활용을 위한 많은 연구가 보고 되고 있으나, 아직까지 드론 활용의 대부분은 항공영상 취득 및 분석기술 개발에 집중되어 있다. 본 연구에서는 무인항공기를 수재해 감시 및 관리 기술에 적용하기 위해 수행되었다. 수재해 감시 및 관리를 위한 방법으로 NIR(Near Infrared) 센서를 부착한 '재해관리용 드론'을 개발하고 현장실험을 수행하였다. 실험결과 NIR센서를 탑재한 드론은 수재해 관리에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

인공위성을 이용한 강수관측은 전 지구적 규모에서 시공간적으로 균일한 강수정보를 지속적으로 제공할 수 있으며, 가뭄에 중요한 하나의 변수로서 가뭄정보를 제공할 수 있다는 장점이 있어 점차적으로 미계측지역 수문학적으로 활용성이 증대되고 있다. 그러나 인공위성 기반 강수관측자료는 지상관측 강우자료에 비해 시 공간해상도가 낮고, 관측 당시의 대기 상태, 관측기기, 시 공간적 대표성 문제 등에서 기인한 많은 불확실성을 포함하고 있다. 이러한 불확실성을 보완하기 위한 목적으로 미국 항공우주국 (National Aeronautics and Space Administration: NASA)는 GPM(Global Precipitation Measurement) 위성을 핵심위성으로 한 다중 위성자료를 이용하여 전지구적으로 30분 간격, 10 km 해상도의 GPM IMERG (Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM)를 생산 제공하고 있다. 본 연구에서는 다중 인공위성 추정 강수의 가뭄 활용성을 검토하기 위한 목적으로 GPM IMERG 위성 강우 자료(Early run, Late run, Final run)의 검증 및 평가를 수행하고자 하였으며, 각각의 자료들을 강수사례에 적용하여 10 km, 30분 해상도를 가지는 1.5km CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) 레이더 및 지상 강우자료와 비교 검증하였다.

인공위성을 이용한 가뭄연구에는 전지구적으로 운용되는 GPM (Global Precipitation Measurement) 위성, AQUA/TERRA 위성의 MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) 센서 등에서 수집된 관측 자료가 이용된다. 그러나 전지국적으로 관측된 위성 자료는 자료를 생산 제공하는 기관에 따라 자료의 파일포맷 (NetCDF, HDF5, GeoTIFF 등), 자료의 투영법 (projection) 등이 상이하다. 그러므로 가뭄연구에 다중위성자료를 활용하고자 하는 지리정보시스템(Geographic Information System: GIS)에 대한 전문지식이 부족한 연구자는 자료의 표준화 (파일포맷과 투영변환 등) 과정으로 인해 원활한 연구수행이 어렵다. MODIS 위성자료의 경우에는 일반적으로 많이 사용되는 횡단메르카토르 도법 (Transverse Mercator Projection: TM) 대신 시뉴소이드 도법 (sinusoidal projection)을 이용한다. 그래서 미국 지질조사국은 MODIS 자료의 재투영(reprojection)을 위한 전용 소프트웨어인 MRT (MODIS Reprojection Tool)를 배포하고 있다. 본 연구에서는 무료/오픈소스 소프트웨어를 활용하여 시뉴소이드 도법이 적용된 MODIS 자료의 수집, 재투영, 파일포맷 변환 등을 자동으로 처리하는 기법을 개발하여 가뭄활용에 이용하고자 하였으며, MODIS MOD09GA/MOD11A1 자료를 이용하여 효율성을 검증하였다.

수자원에 대한 효율적 활용 요구가 증대됨에 따라 한반도 수리적 특성을 보다 정밀하게 모의하고 이를 활용한 의사결정이 요구되고 있다. 한반도는 지리적 특성상 약 70%가 산학 구조로 되어 있어서 지형적 기상 현상이 복잡하여 가뭄지수의 공간 보간에 어려움이 있다. 따라서 지형적 특성-거리, 고도, 해양에서의 거리, 지향면 등을 고려할 수 있는 PRISM 기법을 기존의 공간 보간 기법과 비교 분석하여 한반도 전역의 가뭄 특성에 적합한 공간 보간 기법을 검출하고자 하였다. 자료의 분석은 기상청에서 제공하는 강우 관측소중 40년 이상의 연한을 가지고 있는 60개 지점을 선정하여 분석하였으며 방법 간의 비교는 지점을 선정하여 추정된 오차를 기초로 하여 판단하였다. 분석결과 PRISM 기법이 복잡한 지형적 특성을 가진 지역에서 더 적합한 방법으로 나타났다. 향후 연구에서는 미개측 지역의 가뭄지수 분석을 시행하여 관측소가 설치되지 않은 지역의 적합한 가뭄 특성을 분석하여 효율적인 수자원 활용을 위한 적절한 의사결정 지표를 선정하고자한다.

여러 정부부처 및 지자체에서 도시지역 홍수 피해 및 비점오염원 저감 방안의 해법으로 LID 시설의 설치를 권장하고 있다. 하지만 LID 기술의 국내 도입 기간이 짧아 우리나라 환경에 맞는 LID 시공을 할 수 있는 업체가 한정적이고 시공경험도 많지 않아 시공 비용에 대한 경제성 분석이 어렵다. 이러한 문제점으로 인해 LID 설치 비용의 과대 인식과 실효성에 대한 불안감이 만연하여 시설 설치에 어려움을 겪고 있다. 이와 관련하여 GI&LID 연구단에서 LID 통합설계모듈 등의 모형 개발 연구가 활발히 진행중이나 이에 앞서 금번 연구에서는 SWMM 모형을 이용하여 분석을 수행하였고, 가시적인 비교가 용이하고 최근 가장 큰 피해를 가져왔던 2014년 홍수 사상을 대상으로 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 도시내 급경사면이 많고 불투수면적율이 높아 유속이 빠르고 완경사로 변화되는 구간에 홍수 및 토석류가 집중되어 홍수피해에 취약한 부산시 온천천 유역을 대상으로 LID 시설을 모의 설치 및 시뮬레이션 하고 재해연보 상의 홍수피해 복구액과 비교하였다. 이를 통해 LID 시설 설치시 비용-편익을 분석하고 이점을 제시하여 추후 있을 LID 시공 및 관련 연구에 도움이 되고자 한다.

최근 4대강 살리기 사업에 의한 하천 준설과 보의 건설은 낙동강에서의 평수기와 홍수기의 수위차를 상당히 감소시켰으며 이로 인한 친수 목적으로 활용할 수 있는 공원, 캠핑장, 하상도로, 주차장 등 고수부지 공간이 다양하게 조성되면서 대국민적인 여가활동을 창출하고 있다. 이러한 하천구역 내에 조성된 친수공간은 하천 홍수로 인한 피해 위험도 또한 함께 증가함에 따라 정확한 홍수정보의 제공과 신속한 홍수예보의 발령은 증가된 홍수위험도에 대처하기 위한 필수적인 요소가 된다. 현재 홍수예보는 홍수예보지점인 수위관측소를 기준으로 발령하고 있어 실제 홍수에 취약한 구간에 대한 홍수정보를 제공하기에 어려운 것이 현실이다. 모든 홍수취약지점에서 수위관측을 통해 위험상황을 실시간으로 모니터링 하는 것이 홍수 피해에 대비하고 대응하기 위한 가장 확실한 방법이나, 예산과 인력의 문제 등으로 인해 현실적인 한계점이 존재할 수 밖에 없다. 따라서 기존의 정보를 이용하여 홍수에 신속하게 대응하기 위해, 각 친수공간이 홍수예보지점 또는 수위관측소 지점과 어떠한 연관성을 갖는지 조사할 필요가 있다. 본 연구에서는 낙동강 유역의 취약구간에 대한 현장조사를 통해 조사구간에 대한 DB를 구축함으로써 홍수 발생시 하천변 취약구간에 효과적으로 홍수정보를 제공할 수 있는 기초자료를 확보하고자 하였다. 또한 확보된 홍수취약지구의 기초정보를 이용하여 각 친수지구가 가지는 홍수위험도를 분석하였다. 이를 위해 수위관측소 기반의 홍수취약구간 선정 기준을 정립하고, 기준에 의해 선정된 18개 수위관측소와 관련한 취약구간에 대해 현장조사를 실시하였으며, 이를 바탕으로 홍수취약구간 관리대장을 작성하였다. 연구 결과를 통해 주요 친수시설의 고도 및 좌표를 기반으로 하는 홍수위험도를 제시하였고, 이를 수위와 연계하여 홍수 발생 가능성을 제시할 수 있는 객관적인 근거를 확보할 수 있었다. 향후 이 자료는 낙동강 홍수예보에 있어 취약구간에 대한 각 수위별 지점현황과 각 지점의 홍수위험도 분석을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

현재 하천유량은 제정된 관행 및 허가 수리권에 따라 사용자에게 물 분배가 이루어진 후 측정된 유량값이다. 이에 따라 현재 국내 하천 및 저수지 운영 모델로 적용중인 수리권에 기초를 둔 WRAP(Water Rights Analysis Package) 모델에 적용하기 위해서는 입력값인 자연하천유량 즉 인간의 물 사용 활동인 수리권이고려되지 않은 자연하천유량값의 산정이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 국가 수자원 종합 정보시스템(WAMIS, Water Management Information System)자료 및 수문조사연보의 자료를 이용하여 한강유역 원통 지역에서의 2006년부터 2013년까지 8년간의 수위, 수위-유량곡선을 수집하여 이를 바탕으로 각해의 공식을 일원화하여 통합한 공식을 만들었으며 이를 통하여 자연하천유량 값을 산정하는데 사용하였다.

우리나라는 산지가 국토의 64%이상으로 토석류 등 지반재해의 위험성에 노출되어 있다. 토석류에 의한 피해는 예측하기 매우 힘들고 외력도 한순간에 가옥을 파괴할 정도로 매우 거대하기 때문에 지진에 의한 피해를 제외하고는 매년 반복하여 막대한 재산 및 인적손실을 발생시키고 있는 재해이다. 도심지의 경우 토석류의 피해발생시 도로 및 건물 등 재산과 인적 피해가 크기 때문에 큰 이슈화가 되며 토석류가 산지 내에서 발생할 경우 해당 피해지역에 마을 민가나 교량 등이 위치하지 않으면 토석류의 피해를 인식하기 어려워 이에 따른 조치도 늦어지고 있다. 이에 국내 및 국외에서는 산지 및 도심지의 토석류 피해를 저감하기 위하여 토석류 유출저감시설(사방댐)의 설치를 통하여 토석류 흐름 및 인공구조물들을 보호하고 있다. 본 연구에서는 토석류 수치모형인 RAMMS모형과 Flo-2d모형을 이용하여 동일 매개변수를 적용 후 토석류 수치모델링을 실시하였다. 토석류 피해지에 토석류 유출저감시설의 존재 유 무에 따른 토석류 피해범위, 유출량 등을 산정하였으며 토석류 유출저감시설의 위치에 따른 피해저감 효과를 분석하였다.

현재 전 세계적으로 이상기후로 인해 자연재해가 증가하고 있으며, 우리나라 또한 집중호우, 태풍, 홍수 등의 자연재해로 인해 경제적 손실뿐만 아니라 인명피해도 증가하는 추세이다. 2014년도에만 약 2천억원의 재산피해가 발생 하였고, 5천억원 이상이 피해를 복구하는데 사용되었으며, 피해금액과 복구금액은 지속적으로 증가하고 있다. 최근 발생한 토사재해의 경우에는 인구가 밀집한 도심지에서 발생하여 매우 단기간에 치명적인 피해를 야기 시키고, 사회적 관심을 크게 일으키기도 했다. 이처럼 자연재해가 인구가 밀집되어있고, 사회적재화가 많은 도심에서 발생할 경우 그 피해규모는 더욱 커질 수 있으므로 이에 대한 적절한 대응방안이 마련되어야 한다. 본 연구에서는 대구지역에 대한 토사재해를 물리적 취약성과 사회적 취약성으로 구분하여 평가하고 이를 종합하여 평가하였다. 물리적 취약성은 Flow-R 모형을 사용하여 토사재해의 발생 가능성 및 정도를 평가하고, 발생지역의 건물 구분에 따라 그 취약성의 정도를 달리하였다. 사회적 취약성의 경우는 대구지역의 집계구 단위를 기준으로 하여, 다양한 사회적 지표에 계층분석법(Analytic Hierarchy Process, AHP)을 적용하여 지표에 대한 가중치를 산정하였다. 이후 물리적 취약성과 사회적 취약성의 값을 0에서 1사이로 정규화 시키고 정규화된 값을 다시 곱하여 0에서 1사이로 정규화 하여 취약성 정도로 나타내었다. 본 연구결과는 대구지역에 대한 토사재해의 취약성을 평가함으로써 대구 도심지에서 발생할 수 있는 토사재해 위험구역을 선정하고 방재시설을 준비하는데 있어서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

이상기후로 인한 자연 재해의 발생규모는 점차 증가하고 있다. 이는 시민의 안전과 재산을 위협하는 요인 중 하나이며, 시민 개인의 안전 침해 뿐 아니라 국가적 재산에 해당하는 SOC 시설물의 위협 역시 심각한 피해라고 할 수 있다. 이를 위해 최근 SOC 시설물에 대한 재난 대응 측면의 모니터링 시스템을 구축 및 개발 하고 있으며, 그를 지원하는 현장 지원 모바일 시스템을 연계하는 방안을 모색하는 연구가 급증 하고 있다. 하지만 현장에 있는 시설물 담당자의 측면에서는 실시간으로 모니터링 시스템을 신속하게 활용할 수 없으며, 모듈 단위가 융합하여 구동되는 무거운 사양의 시스템이 일반 PC에서 원활이 구동될 것이라는 보장이 없다. 따라서 본 연구에서는, 재난시에 발생할 수 있는 SOC 시설물에 대한 피해정보를 시뮬레이션 해주는 3차원 표출 시스템과, 그에 대한 일반 정보를 간단하게 확인 할 수 있는 모바일 어플리케이션 간의 원활한 연계 방안을 모색하고자 한다. 재난 정보는 지리정보 뿐 아니라 지리정보와 연계되는 다양한 정보들이 융합되어 있어 그에 대한 원 데이터를 실시간으로 모바일 상에 전송할 수 없으며, 이를 단순화 시킨 정보를 전송해야할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 해당하는 정보를 영상화 및 압축 하여 보다 신속하고 효율적으로 정보를 받아볼 수 있도록 하는 체계를 수립하고, 그에 맞는 시스템을 설계하고자 한다. 이를 기반으로 효율적인 재난 정보 압축방안을 마련하며, 향후 신속한 정보 송 수신 체계를 확보할 수 있다.

This study examined Artificial Neurons Networks model (ANNs) for forecast flash discharge at Southern part of Thailand by using rainfall data and discharge data. The Sungai Kolok River Basin has meant the border crossing between Thailand and Malaysia which watershed drains an area lies in Thailand 691.88 square kilometer from over all 2,175 square kilometer. The river originates in mountainous area of Waeng district then flow through Gulf of Thailand at Narathiwat Province, which the river length is approximately 103 kilometers. Almost every year, flooding seems to have increased in frequency and magnitude which is highly non-linear and complicated phenomena. The purpose of this study is to forecast runoff on Sungai Kolok at X.119A gauge station (Sungai Kolok district, Narathiwat province) for 3 days in advance by using Artificial Neural Networks model (ANNs). 3 daily rainfall stations and 2 daily runoff station have been measured by Royal Irrigation Department and Meteorological Department during flood period 2000-2014 were used as input data. In order to check an accuracy of forecasting, forecasted runoff were compared with observed data by pursuing Coefficient of determination ($R^2$). The result of the first day gets the highest accuracy and then decreased in day 2 and day 3, consequently. $R^2$values for first day, second day and third day of runoff forecasting is 0.71, 0.62 and 0.49 respectively. The results confirmed that the ANNs model can be used when the range of collected dataset is short and real-time operated. In conclusion, the ANNs model is suitable to runoff forecasting during flood incident of Sungai Kolok river because it is straightforward model and require with only a few parameters for simulation.

Soil erosion is a very serious problem from agricultural as well as environmental point of view. Various computer models have been used to estimate soil erosion and assess erosion control practice. Universal Soil loss equation (USLE) is a popular model which has been used in many countries around the world. Erosivity (USLE R-factor) is one of the USLE input parameters to reflect impacts of rainfall in computing soil loss. Value of R factor depends upon Energy (E) and maximum rainfall intensity of specific period ($I30_{max}$) of that rainfall event and thus can be calculated using higher temporal resolution rainfall data such as 10 minute interval. But 10 minute interval rainfall data may not be available in every part of the world. In that case we can use hourly rainfall data to compute this R factor. Maximum 60 minute rainfall ($I60_{max}$) can be used instead of maximum 30 minute rainfall ($I30_{max}$) as suggested by USLE manual. But the value of Average annual R factor computed using hourly rainfall data needs some correction factor so that it can be used in USLE model. The objective of our study are to derive relation between averages annual R factor values using 10 minute interval and hourly rainfall data and to determine correction coefficient for R factor using hourly Rainfall data.75 weather stations of Korea were selected for our study. Ten minute interval rainfall data for these stations were obtained from Korea Meteorological Administration (KMA) and these data were changed to hourly rainfall data. R factor and $I60_{max}$ obtained from hourly rainfall data were compared with R factor and $I30_{max}$ obtained from 10 minute interval data. Linear relation between Average annual R factor obtained from 10 minute interval rainfall and from hourly data was derived with $R^2=0.69$. Correction coefficient was developed for the R factor calculated using hourly rainfall data.. Similarly, the relation was obtained between event wise $I30_{max}$ and $I60_{max}$ with higher $R^2$ value of 0.91. Thus $I30_{max}$ can be estimated from I60max with higher accuracy and thus the hourly rainfall data can be used to determine R factor more precisely by multiplying Energy of each rainfall event with this corrected $I60_{max}$.

임진강 유역은 우리나라와 북한과의 접경지역에 속하는 유역으로서 임진강은 북한에서 발원하여 남한으로 흘러 한강으로 유입되는 공유하천으로 볼 수 있다. 본 연구 유역은 이수, 치수, 수질, 환경 측면에서 타 유역에 비해 불안요소가 많은 지역이므로 남북한의 관계 개선을 통한 효과적인 대책 수립에서 공동의 노력이 필요한 지역이라 할 수 있다. 과거에 집중호우와 태풍의 영향 등으로 인하여 많은 피해로 인하여 이에 따른 대책과 많은 계획 등이 수립되었고, 북한의 무단방류에 따른 사고로 인하여 피해로 인하여 이를 극복하고, 홍수를 조절하는 목적으로 군남홍수조절지, 한탄강홍수조절댐을 건설하여 홍수에 따른 선제적 대응과 주민 피해 등을 방지하고자 하였다. 그러나 최근 경기북부를 포함한 임진강 유역의 가뭄으로 인한 유량의 감소로 인하여, 2014~2015년의 파주 장단반도 일대의 농업용수 부족과 하구의 조위, 즉 염도에 의한 영향으로 하류부 급수 불량 등 이수적 측면에서 주민들의 피해 문제가 속출하고 있는 실정이다. 위와 같은 배경을 바탕으로 본 연구에서는 임진강 유역에 위치한 기상 수문관측자료(2000년~2015년)를 이용하여 다음 내용을 연구하였다. 첫째로 수문기상인자들의 경향성 분석을 통하여 임진강 유역의 유량 감소 원인을 파악하였으며, 수문기상인자들의 감소에 따른 영향과 북한 댐건설에 따른 유역변경 영향에 대하여 분석을 수행하였다. 전체적으로 임진강 유역의 유량은 감소추세에 있으며, 북한 댐건설의 영향이 있는 것으로 파악되었다. 또한 최근 2014년과 2015년의 유량 감소는 강수량의 감소 영향이 큰 것으로 나타났다. 두 번째로 북한 댐건설에 의한 영향을 살펴보기 위해 임진강 상류를 대상으로 하천유출모형인 PDM을 이용하여 장기유출모의를 수행하였으며, 모의결과 북한 댐건설에 의해 유출특성이 변하였음을 확인하였다. 세 번째로 임진강 유역 갈수량을 추정하고 물 부족량 및 필요수량을 분석하였다. 분석결과, 북한 댐건설 이후를 기준으로 물 부족량이 발생하였으며, 이에 필요한 필요 수량을 제안하였다. 또한 최근 2014년과 2015년과 같은 비상시에 대한 필요 수량도 제안하였다. 마지막으로 앞서 제안한 필요 수량을 확보하기 위해 기존댐 담수 및 연계운영, 신규 수자원 확보 방안, 남북 공유하천 공동 관리 방안 등의 대응방안을 제안하였다.

최근 우리나라뿐 아니라 세계 여러 국가에서 지구온난화와 기상이변의 이유로 홍수 및 이상가뭄이 빈발하고 있다. 이러한 기상변화에 의한 물순환의 변동은 미래 가용수자원량을 변화시키고, 이에 따라 장래 용수공급역량을 예측하고 다양한 물수요에 대해 충족 가능여부를 파악하는 여러가지 방법들 중 물수급 분석은 장기수자원계획 수립의 핵심요소이자 그 중요성이 날로 증가하고 있다. 본 연구에서는 금호강 유역을 대상으로 기존 수자원장기종합계획에서 제시하고 있는 중권역단위 물수지 분석을 행정구역단위로 세분화하여 수자원장기종합계획에서 사용했던 물수급 네트워크 모형인 K-WEAP 모형에 의한 물수지 분석을 실시하였다. 또한, 중권역 단위 물수지 결과와 행정구역단위 물수지 결과를 비교하여 분석 기본 유역 단위에 따른 물수급을 평가하였다. 본 연구 적용 결과, 생공용수의 경우 최대갈수기에도 물부족이 발생하지 않았지만 농업용수의 경우는 포항시에서 시나리오별 2016년에는 $548,000m^3$, 2020년에는 $547,000m^3$, 2525년에는 $497,000m^3$ 물부족량이 발생하는 것으로 분석되었다. 이는 기존의 선행 물수급 전망 방법론을 적용한 경우와 비교했을 때는 다른 산정결과를 보여줌으로써 미래의 수자원계획을 수립하는데 있어 새로운 기준을 제시할 수 있는 자료로 활용하고자 하였다.

기후변화 등에 따른 가뭄위험을 평가하기 위한 다양한 방법이 연구되어 왔으며, 기상학적인 가뭄이나 생물학적인 가뭄 등으로 정의되는 가뭄지수들이 개발되어졌다. 그러나 궁극적으로 가뭄의 판정은 수원으로부터 더 이상의 용수를 공급할 수 없는 상황에 처해졌을 때 비로소 결정되는 것이므로, 수원공의 가뭄위험에 대한 평가가 우선적일 것으로 판단된다. 본 연구에서는 수도권의 생공용수 공급을 책임지고 있다고 해도 과언이 아닌 다목적댐인 소양강댐과 충주댐의 가뭄위험을 평가하기 위하여 월강우량 자료로부터 특정시기의 저수율을 예측할 수 있는 방법을 개발하도록 하였다. 월강우량 변화에 따른 저수율의 변화양상을 예측하기 위하여 저수지 유입량과 방류량에 따른 물수지 분석이 정교하게 이루어져야 하지만, 실질적으로 상류에 또 다른 댐이 존재하는 상황에서 유입량을 정확하게 예측하는 것도 어렵지만 수시로 상황에 따라 이루어지는 방류량을 적절히 예측하는 것은 거의 불가능하므로, 물수지 분석에 의한 저수율 예측은 어느 정도의 불확실성을 가질수밖에 없을 것으로 판단되어 댐 관리관행에 따라 나타나는 월강우량과 저수율 사이의 회귀분석을 통하여 일정한 법칙을 만들 수 있는지 시도하였다. 다목적 댐인 소양강댐과 충주댐의 1984-2013년의 일별 저수율 자료로부터 저수율 관리관행을 파악할 수 있었는데, 다목적 댐인 관계로 호우시의 홍수피해 예방을 위하여 6월말에는 25-35% 정도의 저수율을 유지하도록 관리가 이루어지고 있었으며 호우가 발생된 이후에는 일정량을 수시로 방류하여 다음 호우를 준비하고 있는 것으로 나타났다. 또한 각 댐의 최저 저수율은 3월말 - 4월에 발생하는 것으로 나타났으며, 4월과 5월에 일정 정도의 강우량만 존재한다면 가뭄피해는 발생하지 않는 것으로 나타났다. 이와 같은 저수율 관리 관행을 적용하여 예측되는 강우량 패턴에 따른 저수율 변화를 예측하기 위하여 월강우량 자료와 4월 1일 기준의 저수율 자료 사이의 회귀분석을 실시하여 전년의 7월부터 당해 3월까지의 월강우량으로부터 4월 1일의 저수율을 예측할 수 있는 의미 있는 결과를 도출하였다. 이러한 결과는 기후변화 등에 따른 미래에 예측되는 월강우량 자료로부터 각 댐의 4월 1일 기준 저수율 자료를 예측할 수 있으며, 4월 및 5월의 월강우량과 함께 분석함으로써 가뭄위험을 평가할 수 있는 한 방법으로 적절한 활용이 가능할 것으로 판단된다.

홍수위험의 정도를 표시하기 위한 연구는 다양한 방법으로 진행되어 왔으나, 많은 지역에 수리 및 수문모형을 적용하여 홍수위험을 평가하기에는 매개변수 보정이나 모형의 검정에 한계가 있을 수밖에 없다. 특히, 많은 지역에 대하여 행정구역별로 홍수위험을 평가한다던지, 기후변화에 따른 홍수위험 변화양상을 평가하기 위하여는 더욱 그러하다. 이에 본 연구에서는 기존의 수위관측소에서 관측되어진 유량 자료를 적극 활용하여 시강우량과의 다중회귀분석을 통하여 첨두유량을 예측할 수 있는 회귀방정식을 구축하고 홍수위험을 평가할 수 있도록 시도하였다. 홍수피해는 하천의 유량 증가가 가장 직접적인 원인이 될 수 있으며, 비교적 하천정비가 잘 이루어진 우리나라의 경우는 하천정비 시 설정한 계획홍수량과 호우에 따라 발생되는 첨두유량을 비교하여 홍수피해 발생여부를 판단할 수 있을 것이다. 하천의 첨두유량 값은 복잡한 유역특성이나 수문특성에 의하여 결정되지만, 결국은 시간별 순간 최대강우량의 조합에 의하여 크게 좌우 되는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 수도권의 일부 행정구역별 대표 수위관측소를 정하고, 각 지점의 최근 10년 동안의 하천유량 관측자료를 이용하여 단일 호우사상의 1시간, 2시간, 3시간, 5시간, 10시간, 1일, 2일, 3일, 5일, 10일 순간최대강우량과 첨두유량 사이의 다중회귀분석을 실시하여 유의한 통계값을 보이는 자료끼리 회귀방정식을 구성하도록 하였다. 다중회귀분석은 각 하천 지점별로 해당 하천의 수리특성이 일정하게 유지되어진 기간 동안만을 선정하여 분석하였으며, 유량자료 가운데 각 지점에서 관심수위 이상으로 유량이 크게 증가하였던 호우사상만을 사용하였다. 회귀분석 결과, 매우 의미 있는 회귀방정식의 도출이 가능하였는데, 의정부시 신곡교의 경우는 1시간, 10시간, 1일 강우량으로부터, 광주시 경안교 지점의 경우는 3시간, 1일, 10일 강우량으로부터, 양평군 흑천교 지점의 경우는 10시간, 3일 강우량으로부터 각각 첨두유량을 예측할 수 있는 회귀방정식이 높은 유의성을 보이는 것으로 나타나, 유역면적이나 도달시간 등의 유역특성을 어느 정도 반영하고 있는 회귀방정식이 도출된 것으로 판단되었다. 이와 같은 회귀방정식에 의하여 예상되어지는 시간별 강우량 자료를 적용하면 첨두유량을 예측할 수 있으며, 이를 기존 계획홍수량과 비교하여 홍수위험 정도를 적절하게 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

호우가 홍수에 미치는 영향의 분석은 수문현상을 이해하고 수공구조물을 설계하는데 반드시 필요한 절차이다. 호우가 홍수에 미치는 영향을 분석하기 위해서 독립된 소유역부터 비독립된 대유역까지 홍수량을 계산하고 그 상관성을 이해해야 하지만 상류쪽의 소유역의 경우 관측자료의 부재가 빈번하여 이러한 전반적인 분석이 쉽지 않다. 그리고 소유역과 대유역의 홍수특성을 연관지어 분석하기 위해서는 비교가능한 홍수특성을 추출해야 하며 이러한 일관된 잣대를 사용한 홍수분석은 중요하다. 본 연구에서는 소유역의 자료부재를 보완하기 위해 자료공간확장 방법을 제안하고 이를 통하여 안동댐 유역내 총 50개 지점의 홍수 시계열자료를 생성하였다. 자료공간확장 방법으로써, 안동댐유역의 1989년부터 2009년까지의 자료의 질이 좋은 20개의 사상을 추출하였고 안동댐유역 내에 위치한 안동댐, 도산, 소천의 수위관측지점의 관측유량자료에 대해 분포형 모형인 GRM 모형의 매개변수를 시행착오법으로 동시에 보정하여 한 개셋의 최적 매개변수를 추정하였다. 이때 모의결과를 평가하기 위하여 Nash-Sutcliffe (NS) 계수를 사용하였으며 20갯 사상의 세군데 관측수위지점에 대해서 모의결과가 전반적으로 0.5 NS 계수 이상으로써 만족할 만한 결과를 얻었다. 이 추정된 매개변수는 47개의 추가적인 관심지점의 유출모의에 사용되었으며 이렇게 모의된 유출시계열 자료는 관측시계열 자료로 가정하여 사용하였다. 이렇게 공간확장되어 생성된 시계열 자료는 이동평균방법을 사용하여 홍수강도-지속시간 곡선으로 변환되었고 50개 유역의 평균강우량 시계열 자료 또한 같은 밥법을 사용하여 강우강도-지속시간 곡선으로 변환되었다. 50개 유역의 비교가능한 일관된 홍수특성을 추출하기 위해 비유량법의 유출계수를 계산하였다. 유출계수를 계산하기 위해 유역별 도달시간을 계산하였으며 이 도달시간에 해당하는 강우강도를 추출하였다. 그리고 유역별 첨두 홍수강도를 유역별 도달시간에 해당하는 강우강도로 나눠줌으로써 유역별 유출계수를 계산하였고 이 유출계수를 유역면적에 대해 도시함으로써 그 경향을 조사하였다. 조사 결과 유역면적이 $100km^2$ 이상으로써 상류에서 하류방향으로 유역이 중첩되면서 증가하는 비독립적인 유역들의 경우 유역면적이 증가함에 따라 유출계수가 작아지거나 커지는 어떠한 경향을 보였다. 하지만 유역면적이 $100km^2$ 이하로써 독립적인 소유역의 경우 유역면적이 증가함에 따라 유출계수는 무작위로 분포되었다. 이것은 비독립적인 유역의 경우에는 호우가 홍수에 어떠한 일관된 영향을 미치나 각각 독립된 소유역의 경우에는 일관된 영향을 미치지 않음으로써 지역화방법에 의한 독립된 인근 미계측유역의 유출추정은 그 신뢰성이 높지 않다는 것을 의미한다.

2014년 8월 25일 시간당 130mm 이상의 폭우로 인하여 부산시 중구를 제외한 부산 전역에 걸쳐 인명 및 막대한 재산피해가 발생하였다. 이는 부산광역시의 지형특성상 고지대에 주택 등이 조밀하게 개발되어 불투수층의 증가 및 배수처리의 한계로 침수지역이 다량 발생하였고, 절개지 및 옹벽 등이 많은 지역, 소하천 및 산업단지 조성 후 지반이 약화된 지역 등에서 주로 피해가 발생하였다. 따라서 부산지역에서 도시홍수로 인한 막대한 피해를 입은 기장군과 부산광역시 일부 유역에 대하여 홍수 예보 시설을 설치 운영하기 위하여 체계적이고 효율적인 재해관리 방안을 마련하고자 하였다. 재난취약지역으로 선정된 기장군 일대와 부산광역시 일대의 총 10개 지점(14개소)에 대하여 현장 조사를 실시하여 수위관측시스템 설치를 위한 적절 지점을 선정하였으며, 이를 바탕으로 각 지점에 대하여 수리모형(HEC-RAS)을 구축하였다. 수리모형에서 산출된 결과를 바탕으로 도시 하천의 현실에 맞는 홍수 예 경보 발령을 위한 각 각의 4단계 기준수위(둔치위험 수위, 주의보 수위, 경보 수위, 하천범람 위험 수위)를 산정하였다. 그리고 각 지점별로 산정된 단계별 기준 수위를 이용하여 재난취약지역으로 선정된 기장군 6개 지점과 부산광역시 4개 지점에 대하여 "홍수 예 경보 발령을 위한 기준 수위 산정 결과"를 도출하였고, 위 결과를 바탕으로 부산광역시에 홍수 예 경보 발령을 위한 시스템을 구축하여 도심 재난 예방에 활용하도록 하였다. 또한 위 지점에 대하여 지속적인 하천 정비 등의 사후 관리 방안을 제시하였으며, 향후 부산광역시의 다른 재난취약지역에 대하여 보다 개선된 홍수 예 경보 시스템을 구축하여 현재 국가하천에 대하여 시행되고 있는 홍수 예보와 같은 재난 예방 시설의 구축과 국민의 생명과 재산을 보호할 수 있는 체계적인 대응 방안 마련에 기여하고자 하였다.

1987년 백중사리 기간 중 태풍 "위니"의 영향으로 인해 전남 목포, 신안, 무안 등 서해안 일대에서의 침수피해 및 2002년 발생한 태풍 "루사"와 2003년 발생한 태풍 "매미" 등으로 인해 우리나라 남부지방에 막대한 재산과 인명의 피해를 가져와 사회적 혼란과 함께 자연재해에 대하여 국민의 관심이 고조되고 있다. 특히 우리나라는 지형과 해안선이 복잡하고 삼면이 바다로 둘러싸여 강우 및 조석 등 다양한 조건에 따라 동해, 남해, 서해의 해양특성은 물론 강우특성이 달리 나타날 뿐아니라 최근 이상기후로 인하여 해수위 상승 또한 달리 나타나고 있어 수재해 발생 빈도 및 피해 규모가 증가하고 있으나, 해안 도시 유역의 수재해 저감에 대한 설계기술 및 대응기법은 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 해안지역에 영향을 주는 강우특성을 분석하고 해수위 상승 원인별 위험도를 고려하여 침수를 모의하였다. 천수방정식을 지배방정식으로 하고 유한체적법과 well-balanced 기법이 적용된 2차원 수치모형을 이용하여 침수를 예측하고 실측치와의 비교 분석을 통해 모의의 적절성을 검토하였다. 침수심 예측결과는 해안 도시유역 특성에 맞는 다양한 수재해 저감기법을 제시하는 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

우리가 알고 있는 북한 수리 시설물들의 용량은 대부분 일제 시기의 자료나 북한과 국제기구에서 발행하는 간행물에 근거하고 있다. 그러나 실제 발전용량 및 저수용량은 기존 자료와는 차이를 보이는 것으로 조사되고 있다. 본 연구에서는 북한 수리 시설물들의 저수량을 재산정하고, 이를 추후 각종 조사 및 분석에 활용하고자 하였다. 이를 위해 해당 지역의 위성자료와 DEM(Digital Elevation Model) 자료를 수집 및 활용하였다. 북한지역의 DEM은 격자 크기 $100m{\times}100m$로 분석하였다. 북한 수리 시설물의 저수량 파악을 위해 Global Mapper 프로그램을 이용하였으며, DEM과 위성자료를 입력해서 분석하였다. 선정된 수리 시설물에 대한 유역경계를 설정하고, 수면표고별 저수면적 및 저수량을 산정하였다. 이를 통해 Hypsometric Curve와 수면표고-저수면적-저수량 곡선을 작성하였으며, 해당 시설물의 저수량을 평가하였다. 이러한 방법으로 북한 금야강발전소의 저수량을 산정한 결과 약 19억7천만$m^3$으로 나타났다. 금야강발전소의 높이는 약 90m, 발전용량은 18만kW 정도이고, 우리나라 소양강댐의 높이가 123m, 발전용량이 20만kW일때 총 저수용량이 29억$m^3$인 점을 감안하면 적절한 산정결과인 것으로 판단되었다. 본 연구의 성과는 추후 북한의 분석 가능한 수력발전소들의 실제 저수용량을 계산하며, 주요 지점별로 개발 가능한 저수량을 산정해서 각종 개발사업 계획 수립에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

세계적으로 기후변화와 관련한 연구가 증가하고 있다. 국내에서도 기후변화에 따른 수문학적 변화에 대한 연구가 주를 이루어 진행되고 있지만 오염부하량 변화에 대한 연구는 미흡하다. 또한 모형을 이용한 기후변화 예측에 있어 SWAT 모형이 주를 이루어 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 기후변화 시나리오인 RCP시나리오 중 RCP 4.5와 RCP 8.5의 자료를 이용하여 용담댐 유역을 대상으로 기후변화에 따른 오염부하량을 예측하기 위하여 GWLF, SWAT 및 SWMM 모형을 선정하여 분석하였다. SWAT, GWLF 및 SWMM에 대하여 적용성 평가를 수행하였다. 기후변화에 따른 미래의 오염부하량을 예측한 결과 모델의 특성 등에 따라 결과가 다르게 나타났다.

일반적으로 수공구조물의 설계지점은 홍수량 자료가 없는 경우가 대부분이다. 이러한 미계측유역의 홍수빈도를 추정하기 위한 여러방법들 중 지수홍수법을 이용한 지역홍수빈도분석을 본 연구에서 수행하였다. 특히, 지수홍수법의 주요인자 중 하나인 평균홍수량의 지역화를 위한 방법으로 홍수량과 유역면적과의 관계가 멱함수 법칙(power law)을 따른다는 가정에 따른 경험관계를 도출하였다. 보다 세밀한 분석을 위해 대상유역 전체를 하나의 그룹, 공간 근접성에 따른 추가적인 세부적인 그룹으로 분류하여 각각의 결과를 분석하였다. 연구결과에 의하면, 미계측 지점의 홍수량 추정시에는 인근의 계측지역 즉, 직상하류 유역의 비유량의 관계를 사용하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 또한 미계측 유역에 대한 홍수빈도를 추론하기 위해서는 지역홍수빈도해석 자체도 중요하지만, 지역의 세밀한 구분과 그에 따른 지역화 경험관계 개발이 중요함을 확인할 수 있었다.

기후변화에 따른 강수량변화와 기온변화에 의한 영향이 수질변화에 영향을 미칠 수 있으며, 하천, 호소 등 취수원의 상수도 질적 저하, 나아가 잠재적인 공중보건에까지 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 IPCC 에서 발표한 지구기후모형 GCMs의 시나리오 자료를 바탕으로 기상청이 운영하는 기후변화센터의 RCP 시나리오 4.5, 8.5의 데이터 중 금강유역에 기후변화 시나리오 자료를 이용하여 GWLF 모형을 사용하여 금강 유역의 갑천 및 논산천, 대청댐 등 소유역의 2000년부터 2100년까지의 미래 오염 부하량을 모의 하였으며, 연구 결과 RCP 4.5의 경우 오염 부하량이 2100년 까지 전반적으로 증가하는 추세를 보이며, RCP 8.5의 경우 2100년까지 감소하는 추세를 보인다.

특정 자료의 시간의 흐름에 따른 예측치를 추정하는 방법으로 AR Model 즉, 자기회귀모형이 많이 사용되고 있다. AR Model은 변수의 현재 값을 과거 값의 함수로 나타내게 되는데, 이런 시계열 분석 모델을 사용할 때 매개변수의 추정 과정이 필수적으로 요구된다. 일반적으로 매개변수를 추정하는 방법에는 확률적근사법(stochastic approximation), 최소제곱법(method of least square), 자기상관법(method of autocorrelation method), 최우도법(method of maximum likelihood) 등이 있다. AR Model에서 가장 많이 사용되는 최우도법은 표본크기가 충분히 클 때 가장 효율적인 방법으로 평가되지만 수치적으로 해를 구하는 과정이 복잡한 경우가 많으며, 해를 구하지 못하는 어려움이 따르기도 한다. 또한 표본 크기가 작을 때 일반적으로 잘 일치하지 않은 결과를 얻게 된다. 우리나라의 강우, 유량 등의 자료는 자료의 수가 적은 경우가 많기 때문에 최우도법을 통한 매개변수 추정 시 불확실성이 내재되어있지만 그것을 정량적으로 제시하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 AR Model의 매개변수 추정 시 Bayesian 기법으로 매개변수의 사후분포(posterior distribution)를 제공하여 매개변수의 불확실성 구간을 정량적으로 표현하게 됨으로써, 시계열 분석을 통해 보다 신뢰성 있는 예측치를 얻을 수 있으리라 판단된다.

기후변화로 인한 기상학적 자연재해로부터 대비하고 안정적인 용수공급을 위해 유역의 다양한 수문 요소들에 대한 분석 필요성이 증가하고 있다. 계절적 강수량의 편차가 큰 우리나라는 유역 통합 물관리가 중요하며, 효율적 수자원 관리와 물안보 확보를 위해 유역내 물순환을 이해하는 것이 중요하다. 유역의 유출을 결정하는 요소들에는 강우, 증발산량, 토양 수분 및 지하수 등이 있으며, 시간적으로는 홍수와 같이 단기에 발생하는 유출과 장기적으로 발생하는 유출이 있다. 장기 유출은 단기 유출에 비해 토양내 수분량이 무시할 수 없을 정도로 영향을 미치게 되므로, 1년 이상의 장기 유출 해석을 위해서는 강우가 발생하지 않는 기간 동안의 토양 수분량 변화와 증발산 영향을 고려할 필요가 있다. K-water에서 자체 개발된 분포형 장단기유출 모델인 K-DRUM은 유역을 격자(grid)단위로 구분하고 각 셀들에 대한 매개변수는 흐름방향도, 표고분포도, 토지이용도, 토지피복도 등을 GIS처리하여 일괄 입력할 수 있도록 함으로써 매개변수 산정과정에서 문제가 되는 경험적인 요인을 제거하였다. 흐름의 구분은 얕은면 흐름, 지표하 흐름, 지하수 흐름으로 구분하여 운동파법과 선형저류법을 적용하였다. 또한 초기 토양함수 자동보정기법으로 실제의 기저유출량을 재현하여 전체적인 유출모의 정확도를 높였으며, FAO-56 Penman-Monteith법을 적용한 증발산량 산정모듈과 Sugawara et al.(1984)이 제안한 개념적 융설 및 적설모듈을 추가하였다. K-DRUM모형을 이용한 유출분석은 용담댐 시험유역을 대상으로 2013년도 1년간의 유출모의를 수행하였다. 입력자료는 용담댐 유역의 지형, 토양 및 토지특성 정보와 시단위 강우 및 기상정보(온도, 바람, 일사 등)를 활용하였다. 분석 결과, 총 관측유출량은 7,151 ㎥/s이고 총 계산유출량 $8,257m^3/s$이며, 관측유출량 대비 계산유출량은 약 115% 정도로 나타났다. 연간 총 강우량은 1303.5 mm로 유역면적 약 $930km^2$을 적용하여 유역 총 강우량을 산정하면 $14,030m^3/s$로서 관측유출량은 유역 총 강우량 대비 51%이고 계산유출량은 59% 정도로 나타났다. 즉 유역 유출율은 약 51% 수준으로 보통의 유역과 유사한 수준이다. 관측된 토양수분량과 K-DRUM 모형의 계산된 토양수분량을 비교하기 위하여 관측 토양수분량의 비율을 이용하여 비교하였다. 모의결과 토양수분은 강우에 의해 변화하며, 관측결과와 유사한 형태로 나타남을 알 수 있었다.

지표수문해석모형이란 전 지구를 대상으로 수문해석 및 예측이 가능한 분포형 수문모형이다. 본 연구에서는 CSEOF(Cyclostationary Empirical Orthogonal Functions) 분석 방법을 이용하여 지표수문해석 모형 중 하나인 VIC(Variable Infiltration Capacity)모형의 토양수분 모의 성능을 평가해보고자 한다. 이를 위하여 먼저 남한에 대한 VIC 모형으로 모의한 토양수분 예측 결과와 관측자료를 수집하였다. 모의 성능 평가 기간은 1976년부터 2006년까지이다. 이후 본 연구에서는 수집된 VIC 모형의 예측 결과와 관측 자료에 대한 CSEOF 분석을 수행하여 각 자료의 월별 주된 변동 특성을 추출하였다. VIC 모형의 예측 결과와 관측자료의 상관관계는 CSEOF 분석 결과에 대한 Pattern Correlation으로 정량화되었다. 이와 더불어 본 연구에서는 모형의 모의 성능 평가에 주로 사용되는 NRMSE(Nomalized Root Mean Square Error)를 산정하여 예측 결과의 오차를 평가하였다. Pattern Correlation과 NRMSE를 모두 고려하여 VIC 모형의 성능을 평가해본 결과, 건기에 해당하는 기간과 우기에 해당하는 기간의 모의 성능이 다르게 나타났다. 본 연구의 결과는 추후에 지표수문해석 모형의 예측 결과를 이용하는 기후변화 관련 연구에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

기후변화의 지역적 영향으로 호우의 강도와 빈도가 증가하고 있는 상황에서 수재해 대응을 위하여 다양한 기술들이 필요하며 특히 홍수 취약성에 대한 분석과 평가가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 기존의 PSR(Pressure-State-Response) 모형과 DPSIR(Driving force-Pressure-StateImpact-Response 모형을 다중선형회귀 기법을 사용하여 최적화하였다(Fig. 1). 대상기간은 2008년부터 2013년까지이며, mod 1에서는 연도별로 다중선형회귀기법을 사용하여 최적 가중치를 산정하였고, mod 2에서는 대상기간(2008 ~ 2013) 전체에 대해 다중선형회귀기법을 사용하여 최적 가중치를 산정하는 방법을 적용하였다.

최근 기후변화의 영향으로 재해의 빈도와 피해의 규모는 점점 커지고, 예측의 불확실성 또한 증가하고 있다. 이에 따라 기후변화와 관련된 자연재해에 대처하기 위한 다양한 연구들이 수행되어 왔지만, 대부분의 기후변화 관련 연구는 미래 강우량과 해수면 상승을 분리하여 각각의 인자들에 따른 재난영향을 평가하였다. 그러나 연안지역에서는 강우 증가로 인해 발생하는 재해와 해수면 상승으로 인한 재해 등 두 개 이상의 재해가 복합적으로 작용할 수 있으므로 이를 동시에 고려한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 해수면의 영향을 직접적으로 받는 태화강 유역을 대상유역으로 선정 하였고, 기후변화에 따른 강우의 증가와 해수면 상승이 연안지역에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 유역의 토지피복도, 수치고도자료, 토양도, 해당 유역의 단면 등을 이용하여 수리 수문모형을 구성하였다. 기후변화에 따른 강우 증가량을 고려하여 시나리오별 유출량을 산정하였고, 산정된 유출량 및 기점수위를 경계조건으로 입력하여 기후변화 시나리오에 따른 해수면 상승을 고려한 홍수위를 산정하였다. 이를 통하여 산정된 홍수위와 하천설계기준 해설에서 제시하고 있는 제방 여유고를 비교 검토하였다. 결과적으로, 목표기간별로 현재상태보다 최대 25.5%까지 첨두유출량이 증가하였고, 해수면 상승으로 인한 홍수위 변화는 하구부근에서 기점을 기준으로 약 7.1km까지 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한 여유고의 부족 구간을 검토한 결과, 전체 구간 40.17km 중 약 31.7km인 79.5%가 여유고를 만족하지 못하였고, 해수면 상승을 고려하지 않았을 경우에는 여유고를 만족하지 못하는 구간이 최대 3.8% 감소하였다. 연안지역의 기후변화로 인한 미래 강우량 증가와 해수면 상승을 동시에 고려한다면, 심각한 홍수 피해가 생길 것으로 예상된다. 따라서 이를 고려한 치수대책이 시급할 것으로 판단된다.

설계홍수량 산정 시, 지점강우량을 대상 유역 내 면적강우량으로 환산하기 위해 면적우량환산계수(ARF, Areal Reduction Factors)를 적용한다. ARF를 산정하는 방법은 크게 면적고정형법(Fixed-Area Method)과 호우중심형법(Storm-Centered Method)로 나뉜다. 면적고정형법은 현재 국내 하천설계기준에서 활용하고 있는 방법이지만, 공간적 관측밀도의 제약으로 정확한 ARF 산정에는 한계가 있다. 또한 연 최대치계열의 독립적인 빈도해석을 통해 지점강우량과 면적강우량을 산정하므로 동시간(Synchronized)에 발생하는 강우 사상이라고 볼 수 없기 때문에 산정된 ARF는 실제 강우사상으로부터 산정된 값과 편차를 보인다. 반면 호우중심형법은 각각의 강우사상을 분석 대상 유역 중심에 공간전이 시켜 최대 강우량이 발생하도록 하는 방법으로, 레이더 강우 자료를 활용하면 현실적 ARF값의 산정이 가능해진다. 레이더 강우는 기상청에서 제공하는 2007-2012년 홍수기(6-9월)의 10분 단위 단일편파 전국합성 레이더 자료를 활용하였으며, 대상지역으로는 한강 권역을 선정하였다. 그러나 기상청 레이더강우 자료의 경우 가용기간이 아직까지 충분하지 않아 다양한 빈도의 강우사상을 확보하는데 한계가 있어, 보조적으로 한강 권역의 지상강우 관측 자료를 수집하여 높은 재현기간의 강우사상이 부족한 문제점을 해결하고자 하였다. 산정된 레이더 및 지상강우 호우중심형 ARF는 통계적 분석을 통해 비초과확률 90%, 95%의 값을 추출하였으며, 지속시간 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 24시간과 재현기간 0~10년, 10~20년, 20~50년, 50~80년, 80~100년에 대한 호우중심형 ARF 회귀상수를 제시하였다. 비초과확률 95%에서 기존 국토해양부(2011)에서 제시된 ARF와 호우중심형 ARF는 대체로 유사한 경향을 보이고 있었으나, 지속시간이 비교적 긴 12시간, 24시간에서는 호우중심형이 기존 ARF보다 다소 작게 산정되는 패턴을 보이고 있어 설계적용 시 유의해야 할 것으로 사료된다.

기후변화를 고려한 위한 미래 수자원 계획은 신뢰성 있는 수문기상인자의 산정을 통한 수자원 영향 평가 결과로 수립되는 것이 중요하다. 본 연구에서는 DHSVM모형과 TOPLATS모형에서 생산된 결과를 가지고 제약조건을 가지는 다중선형회귀 모형을 통하여 2012년-2014년 동안의 한반도 유역에 대한 수문기상인자를 산정하였다(Fig. 1). 다중선형회귀 모형은 하나의 종속변수의 변화를 설명하기 위하여 두 개 이상의 독립변수를 사용하는 모형으로 일반적으로 다중선형회귀 모형의 회귀 계수는 음의 값을 가질 수 있으므로 본 연구의 적용을 위하여 검정지점에 대하여 산정된 음의 회귀계수 값이 그대로 적용될 경우 적합하지 않으므로 회귀 계수에 제약조건을 부여하였다. 제한된 회귀 계수의 범위는 0-1사이를 가진다. 동적 다중선형 모형의 구성은 광릉 GCK, GDK 지점자료를 활용하였다.

최근 기후변화로 인해 돌발성 집중호우가 증가하는 추세로 홍수피해가 발생하고 있는데 이러한 피해를 예방하고 빠른 대처를 위해 강우의 정밀한 관측뿐만 아니라 강우의 정확한 공간 분포 파악에 대한 필요성이 중요하게 대두되고 있다. 그러나 일반적으로 지상우량계의 경우, 공간적인 강우분포 분석에 한계가 존재하여 레이더 강우자료와 함께 활용하는 연구가 진행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 강우장 추정시, 공간보간 기법인 크리깅 기법을 적용하여 강우장을 추정하고 유출 해석을 통해 그 적용성을 확인하고자 하였다. 국내에서 일반적으로 사용되는 크리깅 기법인 OK(Ordinary Kriging), CK(Co-Kriging) 외에도 KED(Kriging with External Drift) 기법을 적용하여 강우장을 추정하고 분포형 수문모형인 $Vflo^{TM}$의 입력자료로 사용하여 유출해석시 정확도를 비교 분석하였다. 추정된 강우장의 정량적 평가 결과, 지상강우만을 이용하는 OK 기법이 가장 우수한 결과를 나타내었다. 하지만 강우의 공간 분포 특성 반영 측면에서는 KED와 CK가 보다 더 좋은 결과를 나타내었다. 또한 유출해석의 경우 지형학적 매개변수 조정에 의한 강우 입력자료의 왜곡을 배제하기 위해 검 보정은 실시하지 않았으며 오차분석 결과에서 KED, CK, OK, Radar 순으로 관측유량을 잘 재현하는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 공간보간 기법의 수문학적 적용성을 확인하였으며 모형의 검 보정을 통해 수문모형의 입력자료로서 활용성을 가질 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이를 통해 생성된 강우장을 활용한다면, 관측망의 밀도가 낮은 지역과 미계측 유역 등에 적용하여 수문시스템해석에 도움이 될 것으로 판단된다.

유역단위 오염부하량 산정에는 SWAT, HSPF 등의 물리적 매개변수 기반 분포형 모형이 주로 사용되고 있으나, 공간분포형 입력자료로 인한 많은 매개변수는 모의 과정을 복잡하게 하며, 보정 과정에 있어 많은 시간과 노력을 요구하는 단점이 있다. 이로 인해 실무에서는 원단위법이나 유량-부하량 관계식과 같은 통계적 분석에 의한 회귀식이 주로 사용되고 있다. 그 중 LOADEST는 회귀식 기반 프로그램으로, 다양한 연구자들에 의해 연구되고 있으나, 수질 모형과의 모의능력을 비교하는 연구는 부족하다. 본 연구에서는 청미천 상류유역을 대상으로 유역특성에 따른 LOADEST 기반 회귀식의 매개변수를 추정하여 오염부하량을 모의하고, SWAT 모형에 의한 오염부하량 모의결과와 비교 평가하고자 한다. 모형의 구동 및 회귀식 매개변수 추정에 필요한 입력 자료는 용인시 백암면 일대에서 2013년부터 2015년까지 모니터링한 수질, 유량 및 기상자료와 지형자료 (토지이용도, 토양도, 수치표고자료)를 이용하여 구축하였다. LOADEST 기반 회귀식의 매개 변수 추정은 김계웅 (2015)이 개발한 방법을 사용하였으며, 유역면적, 토지이용비율 등은 지형자료를 이용하여 산정하였다. SWAT 모형의 보정은 2013년부터 2014년까지의 자료를 이용하였으며, 2015년 자료를 이용하여 검정하였다. 본 연구의 결과는 비점오염원 모델에 대한 이해를 넓히고, 오염부하량 모의를 위한 모형 선정에 있어 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

신뢰성 높은 홍수관리는 경향성 분석, 이상치 판정 등의 전처리를 수행한 입력 자료를 구축하는 것을 필요로 한다. 경향성 분석은 방법에 따라 경향성의 유무가 다르게 나타나기 때문에 하나의 방법으로만 판단하기 어려우며, 이상치 분석은 지역 특성에 따라 기준이 변동하므로 일정한 기준을 적용하기가 어려워 주로 수동으로 이루어지며 이 작업을 완료하는 데에는 많은 시간이 소요된다. 입력 자료 전처리에 수반되는 비용과 시간을 절감하기 위해 이러한 문제점의 개선이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 농촌유역 홍수관리를 위한 자료처리 요소 모듈을 개발하는 데 있다. 홍수관리를 위한 자료처리 요소 모듈은 크게 기상자료의 경향성을 분석하는 모듈과 수위자료의 이상치를 탐지하고 판정하는 모듈로 구성하였다. 경향성 분석 모듈은 모수적 방법인 t-test와 비모수적 방법인 Hotelling-Pabst test 및 Mann-Kendall test를 분석 방법으로 제공하여 하나의 입력 자료로 세 가지 방법으로 분석한 결과를 비교할 수 있도록 개발하였다. 이상치 탐지 모듈은 IQR (interquartile range) 규칙과 규칙기반의 방법을 이용한 이상치 탐지를 제공할 수 있도록 개발하였다. 개발된 모듈은 한강 유역의 용당저수지에 적용하여 검정을 실시하였다. 본 연구에서 개발된 농촌유역 홍수관리를 위한 자료처리 요소 모듈은 추후 홍수관리 및 그에 관한 연구를 하는데 있어 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

기후변화가 진행되고 있는 우리나라에서 연강우량의 증가와 강우일수의 감소로 인한 강우강도의 증가 등 많은 현상이 기후변화로 인한 수문기상학적 변화를 가져오고 있다. 이러한 변화는 수자원의 이용에도 많은 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 본 연구에서는 일반적인 기후변화로 인한 강우의 변화는 연강우량이나 강우강도, 최대강우량의 변화 등에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 전통적으로 농업에서 많이 사용되는 시간단위인 24절기에 대해 강우량의 변화패턴을 분석하였다. 24절기에 따른 강우량의 변화는 농업 및 실생활에 많이 이용되고 있고 있다. 이러한 24절기의 강우가 어떠한 패턴으로 변하고 있는지 기후변화에 따른 영향을 검토하여 향후 농업용수 등 수자원의 이용패턴에 어떠한 영향을 미치는 지 파악할 수 있는 기본자료를 제공하도록 하였다.

토지이용변화는 환경 변화에 영향을 주는 대표적인 인자이기 때문에 수문 모델링에 있어서 상당히 중요하다. 특히 급격한 도시화가 이루어지는 지역에 대해서는 토지이용변화를 반드시 고려하여야 한다. 인구와 지형자료를 이용하여 토지이용변화를 모의할 수 있는 CLUE-S 모델이 개발되었지만 아직까지 대부분 수문모델은 토지이용변화를 고려하지 못하고 있었다. 이에 Pai, N. 와 D. Saraswat은 SWAT2009_LUC Tool를 개발하여 시공간적으로 변화하는 토지를 고려한 수문모의를 가능하도록 하였다. 하지만 SWAT2009_LUC는 새로운 종류의 토지이용종류를 고려할 수 없어 유역 내 새로운 토지이용도가 추가될 시 이를 모의할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 Friedrich J. Koch Koch는 Land use Update and Soil Assessment(LUPSA)를 개발하여 새로운 토지이용도 및 변화된 토지이용도의 경사도를 추가적으로 고려할 수 있도록 하였다. 하지만 LUPSA 모듈은 공개되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 SWAT 사용자들이 토지이용변화를 많이 고려할 수 있도록 Web 기반의 LUC 모듈을 개발하였으며, SWAT BFlow Alpha Factor와 경사도 기반의 CN을 산정할 수 있는 모듈을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 Web 기반의 LUC는 국내뿐만 아니라 해외 SWAT 사용자들로 하여금 급격하게 토지가 변화한 유역에 대해 정확한 수문모의를 하는데 기여할 것이라 판단된다.

논의 배수특성 분석은 물꼬 크기 및 개소수, 배수로 구성, 규모, 경사, 재질 등과 같은 물리적 특성 인자들의 영향으로 인해 일반적인 유역의 홍수량 산정을 위해 사용되는 수문학적 홍수추적 방법의 적용이 어렵다. 따라서 논에서의 유출을 모의하기 위해서는 수리학적 홍수추적 방법의 적용이 필요하며, 기존의 연구들은 대부분 1차원과 2차원의 수치 해석 기법으로 논의 유출 특성을 분석해왔다. 3차원 수치 해석 기법을 적용할 경우 1차원과 2차원에서 볼 수 없는 유동 특성 등을 파악할 수 있으며, 보다 정확한 유출 모의가 가능할 것으로 기대된다. 하지만 3차원 해석은 비교적 구조가 단순한 논에 적용하기에는 시간과 비용이 과도하게 소모된다는 단점이 있다. 한편, 상사법칙은 주로 실험의 스케일을 줄이기 위해 적용되어 왔다. 정확성에 대한 검증이 이루어진다면, 시간이 오래 걸리는 3차원 모델링에 상사법칙을 적용할 경우, 모의 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있을 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 3차원 수치 해석 모형인 FLOW-3D를 이용하여 논에서의 유출을 모의하고, 적용성을 평가하고자 한다. 또한 상사법칙을 이용하여 모의 시간을 단축할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 모의 대상으로 40m x 100m의 논 포장을 구성하였으며, 강우 및 관개에 따른 유출을 모의하였다. 모의 결과는 실측치 및 기존 연구의 결과와 비교하여 적용성을 평가하였다. 또한 수리학적 상사법칙을 적용하여 조건을 변화시켜가며 유출을 모의하였고, 모의 조건 및 모의 시간 변화에 따른 정확성을 분석하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 논에서의 유출 모의의 정확성을 향상 시켜, 홍수 발생 시 농경지의 침수 대책 마련에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

낙동강 유역에는 기후변화로 인한 자연재해를 예방하고 수자원확보 및 수질개선 등을 목적으로 4대강 사업을 진행하였으며, 이에 낙동강 수계에는 총 8개의 보가 건설되었다. 보가 건설됨에 따라 하천의 하상형태, 체류시간 등 다양한 하천수리 특성이 변화하였다. 환경기초시설 방류수는 보 건설이전에도 하천 유량에 미치는 영향력이 컸으며, 그 중요성으로 인해 하천유량에 대한 환경기초시설 방류수가 하천유량에 미치는 영향력 분석이 수행되었다. 그러나 4대강 사업 이전의 하천 유량 및 수질 특성에 대한 연구는 보 건설로 인해 변화된 낙동강 수계의 하천 수리 및 수질 특성을 반영하지 못한다. 따라서 보 건설로 인해 변화된 하천수리 특성이 반영된 연구가 수행되어져야 한다. 본 연구는 하천수리 특성이 변화된 낙동강 수계의 환경기초시설 방류수가 하천유량에 미치는 기여도를 분석하고자 한다. 환경기초시설의 방류수가 하천유량에 미치는 기여도는 주요 환경기초시설이 있을 경우와 없을 경우로 구분하여 기여도 분석이 수행된다. 이를 위해서 사용되는 모형은 SWAT이며, 금회에는 낙동강 수계의 금호강 유역을 연구대상유역으로 우선적으로 연구를 수행하였다. 본 연구는 환경기초시설 방류수가 하천유량에 미치는 기여도를 낙동강 전체유역으로 확장시키기 위한 선행연구가 될 수 있다. 또한 더 나아가 환경기초시설 방류수가 하천수질에 미치는 기여도를 분석하기 위한 선행연구가 될 수 있다. 하천유량과 수질에 대한 환경기초시설의 방류수 기여도가 정량화된다면, 낙동강 수계에 적합한 수질관리정책방안의 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

세계 각국에서는 국가별, 지역별 전역적인 강우침식인자에 대한 연구를 지속하고 있다. 우리나라에서도 몇 차례에 걸쳐 남한 전역에 대한 강우침식인자를 규명하기 위한 연구가 이루어졌고, 그 결과물로서 등강우침식도가 제작된 바 있다. 그러나 현재까지 우리나라의 강우침식인자가 세계 각국에 비해서 어느 정도의 토양침식에 대한 잠재 위험성을 가지고 있는지에 대한 연구는 이루어지�